Tài liệu Cơ học đất

CH¦¥NG I Trang 8 Më ®Çu 1. §Þnh nghÜa vµ ®èi t−îng nghiªn cøu: c¬ häc ®Êt lµ mét ngµnh cña c¬ häc øng dông chuyªn nghiªn cøu vÒ ®Êt. HÇu hÕt c¸c c«ng tr×nh x©y dùng ®Òu ®Æt trªn ®Êt, nghÜa lµ dïng ®Êt lµm nÒn cho c¸c c«ng tr×nh, sè kh¸c c¸c c«ng tr×nh nh− nÒn ®−êng, ®ª, ®Ëp ®Êt th× l¹i dïng ®Êt lµm vËt liÖu x©y dùng. V× vËy, muèn cho c¸c c«ng tr×nh ®−îc tèt, nghÜa lµ c«ng tr×nh æn ®Þnh, bÒn l©u vµ tiÕt kiÖm th× nhÊt thiÕt ph¶i n¾m râ c¸c tÝnh chÊt cña ®Êt khi dïng nã lµm vËt liÖu x©y dùng hay lµm nÒn cho c¸c c«ng tr×nh x©y dùng. Nh− vËy ®èi t−îng nghiÖn cøu cña c¬ häc ®Êt lµ c¸c lo¹i ®Êt thiªn nhiªn, lµ s¶n phÈm cña qu¸ tr×nh phong hãa c¸c ®¸ gèc ë líp trªn cïng cña vá qu¶ ®Êt. Mçi lo¹i phong hãa cã t¸c dông ph¸ hñy ®¸ gèc kh¸c nhau vµ nã t¹o ra c¸c lo¹i ®Êt kh¸c nhau. §Æc ®iÓm c¬ b¶n cña ®Êt lµ mét vËt thÓ gåm nhiÒu h¹t r¾n riªng rÏ kh«ng g¾n víi nhau hoÆc g¾n kÕt víi nhau b»ng c¸c liªn kÕt cã søc bÒn nhá h¬n nhiÒu lÇn so víi søc bÒn cña b¶n th©n h¹t ®Êt. Do qu¸ tr×nh h×nh thµnh ®Êt mµ chóng tån t¹i ®é rçng trong ®Êt vµ ®é rçng nµy l¹i cã kh¶ n¨ng thay ®æi d−íi ¶nh h−ëng cña t¸c ®éng bªn ngoµi. Ngoµi ra trªn bÒ mÆt h¹t ®Êt cã n¨ng l−îng, chóng g©y ra c¸c hiÖn t−îng vËt lý vµ hãa lý phøc t¹p, dÉn ®Õn lµm thay ®æi c¸c tÝnh chÊt vËt lý vµ c¬ häc cña ®Êt. V× vËy khi nghiªn cøu ®Êt ph¶i nghiªn cøu ®Õn nguån gèc h×nh thµnh vµ c¸c ®iÒu kiÖn tù nhiªn mµ ®Êt tån t¹i. 2. §Æc ®iÓm vµ néi dung cña m«n häc: C¬ häc ®Êt lµ m«n häc cÇn vËn dông c¸c hiÓu biÕt vÒ ®Êt tõ c¸c m«n khoa häc kh¸c cã liªn quan nh− ®Þa chÊt c«ng tr×nh, thæ chÊt häc... Vµ ®ång thêi vËn dông c¸c kÕt qu¶ cña c¸c ngµnh c¬ häc kh¸c nh− c¬ häc c¸c vËt thÓ biÕn d¹ng (lý thuyÕt ®µn håi, lý thuyÕt dÎo, lý thuyÕt tõ biÕn). Trªn c¬ së cña c¸c lý thuyÕt nµy, C¬ häc ®Êt ®· x©y dùng ®−îc c¸c lý thuyÕt riªng phï hîp víi c¸c qu¸ tr×nh c¬ häc x¶y ra ®èi víi ®Êt. Tuy vËy ngoµi c¸c nghiªn cøu lý thuyÕt, c¸c nghiªn cøu thùc nghiÖm, thùc nghiÖm vµ c¸c quan tr¾c thùc tÕ còng ®ãng vai trß quyÕt ®Þnh trong nghiªn cøu sö dông ®Êt trong x©y dùng. Tõ c¸c nghiªn cøu lý thuyÕt vµ c¸c nghiªn cøu thùc nghiÖm, C¬ häc ®Êt tËp trung gi¶i quyÕt c¸c nhiÖm vô vµ néi dung c¬ b¶n sau: - X¸c lËp c¸c quy luËt c¬ b¶n vÒ c¸c qu¸ tr×nh c¬ häc x¶y ra ®èi víi ®Êt, ®ång thêi x¸c ®Þnh ®−îc c¸c ®Æc tr−ng tÝnh to¸n øng víi c¸c qu¸ tr×nh x¶y ra ®ã. - Nghiªn cøu sù ph©n bè øng suÊt trong ®Êt, quan hÖ gi÷a øng suÊt vµ biÕn d¹ng d−íi t¸c dông cña ngo¹i lùc. - Gi¶i quyÕt c¸c bµi to¸n vÒ biÕn d¹ng, vÒ c−êng ®é, vÒ æn ®Þnh c¸c nÒn ®Êt, vÒ m¸i dèc còng nh− bµi to¸n ¸p lùc ®Êt t¸c dông lªn t−êng ch¾n. 3. S¬ l−îc lÞch sö ph¸t triÓn cña m«n häc C¬ häc ®Êt lµ m«n häc ®−îc h×nh thµnh chËm h¬n nhiÒu so víi c¸c m«n häc øng dông kh¸c, nh−ng tõ l©u loµi ng−êi ®· cã nh÷ng nghiªn cøu vÒ ®Êt, tuy nhiªn do x· héi l¹c hËu nªn c¸c kiÕn thøc vÒ ®Êt x©y dùng chØ n»m ë møc ®é nhËn thøc c¶m tÝnh, ch−a ®−îc n©ng cao thµnh nhËn thøc lý lËn. NhiÒu nhµ khoa häc ®· cã nh÷ng cèng hiÕn to lín vµ ®· cã c«ng x©y dùng nªn m«n c¬ häc ®Êt ngµy nay. ë ®©y chØ giíi thiÖu hai nhµ b¸c häc ®· cã c«ng lao lín ®Õn sù ph¸t triÓn cña c¬ häc ®Êt. C«ng tr×nh khoa häc ®Çu tiªn cña C¬ häc ®Êt lµ cña C.A Coulomb (1736 1806) thiÕu t¸ kü s− c«ng binh, viÖn sÜ viÖn khoa häc Ph¸p, n¨m 1773 ®· ®−a ra lý CH¦¥NG I Trang 9 luËn næi tiÕng vÒ c−êng ®é chèng c¾t cña ®Êt vµ còng lµ ng−êi ®Çu tiªn x©y dùng ®−îc ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh ¸p lùc ®Êt lªn vËt ch¾n. Tr¶i qua hai thÕ kû vµ cho ®Õn ngµy nay, c¸c ph−¬ng ph¸p cña «ng vÉn ®−îc sö dông réng r·i. Sù h×nh thµnh cña c¬ häc ®Êt nh− mét m«n khoa häc ®éc lËp víi hÖ thèng hoµn chØnh vµ c¸c ph−¬ng ph¸p riªng biÖt cña nã ®−îc xem nh− b¾t ®Çu tõ n¨m 1925, khi K.Terzaghi (1883-1963) cho xuÊt b¶n cuèn “ C¬ häc ®Êt trªn c¬ së vËt lý cña ®Êt”. N¨m 1963 Héi nghÞ khoa häc quèc tÕ vÒ C¬ häc ®Êt - NÒn mãng häp lÇn thø nhÊt vµ sau ®ã cø 4 n¨m häp mét lÇn. Héi nghÞ C¬ häc ®Êt - NÒn mãng vµ c¸c héi th¶o khoa häc liªn quan còng ®−îc tæ chøc ë nhiÒu n−íc vµ khu vùc. §Õn nay, C¬ häc ®Êt ®· trë thµnh mét m«n khoa häc víi nhiÒu néi dung phong phó, gåm nhiÒu lÜnh vùc kh¸c nhau nh»m ®¸p øng sù ph¸t triÓn m¹nh mÏ cña c«ng nghiÖp, x©y dùng. ë ViÖt Nam , C¬ häc ®Êt ®−îc b¾t ®Çu nghiªn cøu tõ n¨m 1956. §Õn nay ®éi ngò nh÷ng ng−êi lµm c«ng t¸c nghiªn cøu C¬ häc ®Êt ®· tr−ëng thµnh c¶ vÒ chÊt l−îng vµ sè luîng, ®ñ søc gi¶i quyÕt c¸c bµi to¸n ®a d¹ng vµ phøc t¹p do thùc tÕ x©y dùng c¸c c«ng tr×nh ®Ò ra. Tuy vËy do ®iÒu kiÖn kinh tÕ vµ x· héi cßn h¹n chÕ nªn trang thiÕt bÞ chuyªn nghµnh ®Çu t− ch−a ®Çy ®ñ vµ ®ång bé, v× vËy viÖc ph¸t triÓn kiÕn thøc vµ c«ng nghÖ vÒ C¬ häc ®Êt cÇn ®ßi hái nh÷ng nç lùc lín h¬n. CH¦¥NG I Trang 10 ch−¬ng i: b¶n chÊt vËt lý cña ®Êt vµ ph©n lo¹i ®Êt §1. sù h×nh thµnh cña ®Êt 1.1. Qu¸ tr×nh phong hãa: Sù ph¸ ho¹i vµ lµm thay ®æi thµnh phÇn cña ®¸ gèc d−íi t¸c dông vËt lý, hãa häc cña c¸c yÕu tè kh¸c nhau gäi lµ qu¸ tr×nh phong hãa. Do t¸c dông cña phong hãa nªn c¸c khèi ®¸ cña nham th¹ch quyÓn kh«ng thÓ gi÷ nguyªn ®−îc tr¹ng th¸i ban ®Çu cña nã, mµ lu«n thay ®æi, bÞ vì vôn, bÞ rêi ra, bÞ c¸c dßng n−íc vµ giã cuèn ®i, h×nh thµnh c¸c líp ®Êt phñ quanh phÇn lín mÆt ngoµi cña vá qu¶ ®Êt. Do vËy, khi sö dông ®Êt lµm nÒn c«ng tr×nh, lµm m«i tr−êng, hoÆc vËt liÖu x©y dùng, cÇn ph¶i xÐt ®Õn sù biÕn ®æi kh«ng ngõng x¶y ra ë c¸c líp ®Êt bªn trªn cña vá qu¶ ®Êt. Dùa vµo ®Æc tr−ng biÕn ®æi cña ®¸ gèc vµ sù ¶nh h−ëng cña c¸c t¸c nh©n phong hãa, cã thÓ chia ra phong hãa vËt lý, phong hãa hãa häc vµ phong hãa sinh häc. Trong ®ã, theo quan ®iÓm vÒ x©y dùng, chØ cã phong hãa vËt lý vµ phong hãa hãa häc lµ ®¸ng ®−îc quan t©m nghiªn cøu. Phong ho¸ vËt lý: Sinh ra chñ yÕu cã liªn quan víi sù thay ®æi cña nhiÖt ®é, g©y nªn në nhiÖt kh«ng ®Òu vÒ thÓ tÝch, lµm cho c¸c ®¸ gèc bÞ ph¸ ho¹i vµ ph©n vôn ra thµnh nh÷ng h¹t to nhá kh«ng ®Òu nhau, nh−ng kh«ng lµm thay ®æi vÒ thµnh phÇn hãa häc cña kho¸ng vËt. Do ®ã s¶n phÈm cña phong hãa vËt lý t¹o ra c¸c lo¹i ®Êt rêi (®¸ d¨m, cuéi sái, c¸c h¹t c¸t, v.v ) cã thµnh phÇn kho¸ng vËt t−¬ng tù víi ®¸ gèc. Phong ho¸ ho¸ häc: Sinh ra lµ do c¸c t¸c nh©n nh− n−íc, «xy, axit cacbonic vµ c¸c axit kh¸c hßa tan trong n−íc, lµm cho c¸c ®¸ gèc bÞ ph¸ ho¹i kÌm theo sù thay ®æi thµnh phÇn kho¸ng vËt míi æn ®Þnh h¬n, t¹o ra c¸c lo¹i ®Êt sÐt kh¸c nhau cã kÝch th−íc h¹t nhá vµ cùc kú nhá, phÇn lín kh«ng ph©n biÖt b»ng m¾t th−êng ®−îc. C¸c nhãm h¹t sÐt nhá nµy phÇn lín chøa nhiÒu h¹t ®¬n kho¸ng thuéc ba nhãm kho¸ng vËt - M«nm«rilonit, Ilit vµ Kaolinit. TÊt c¶ nh÷ng kho¸ng chÊt nµy ®Òu cã cÊu t¹o tinh thÓ b¶n máng, nh−ng cã n¨ng l−îng bÒ mÆt kh¸c nhau, M«nm«rilonit ho¹t ®éng m¹nh h¬n c¶ vµ Kaolinit lµ yÕu nhÊt. Th«ng th−êng qu¸ tr×nh phong hãa vËt lý vµ hãa häc x¶y ra cïng mét lóc vµ hç trî cho nhau. ë vïng khÝ hËu kh« l¹nh th× phong hãa vËt lý lµ chñ yÕu, cßn vïng khÝ hËu nãng Èm, nh− n−íc ta ch¼ng h¹n, th× phong hãa hãa häc ®ãng vai trß quan träng h¬n. C¸c s¶n phÈm cuèi cïng cña sù phong hãa cã thÓ n»m ngay t¹i chç h×nh thµnh ban ®Çu cña nã hoÆc cã thÓ bÞ di chuyÓn ®i chç kh¸c bëi dßng n−íc hoÆc giã vµ t¹o thµnh c¸c d¹ng trÇm tÝch cña ®Êt. 1.2. C¸c d¹ng trÇm tÝch cña ®Êt: - TrÇm tÝch tµn tÝch (Eluvian) : Lµ trÇm tÝch cña nh÷ng s¶n phÈm phong hãa c¸c líp ®¸ vµ n»m ngay t¹i chç h×nh thµnh ban ®Çu cña nã. §Æc ®iÓm næi bËt lµ bao gåm c¸c h¹t cã d¹ng gãc c¹nh nhän s¾c kh«ng thÓ ph©n lo¹i theo kÝch th−íc h¹t, vÒ thµnh phÇn th¹ch häc nãi chung rÊt gièng ®¸ gèc. ë n−íc ta, do khÝ hËu nhiÖt ®íi nªn qu¸ tr×nh phong hãa hãa häc x¶y ra m·nh liÖt h¬n vµ biÕn c¸c lo¹i ®¸ gèc thµnh c¸c lo¹i ®Êt sÐt cã mµu ®á, n©u, vµng, th−êng gäi lµ ®Êt Laterit. Qu¸ tr×nh Laterit hãa nµy lµ qu¸ tr×nh h×nh thµnh ®Êt chñ yÕu ë n−íc ta. - TrÇm tÝch s−ên tÝch (Deliuvian) : Chñ yÕu ®−îc tÝch lòy l¹i ë s−ên dèc vµ ch©n s−ên dèc, còng nh− c¸c kho¶nh thÊp s¸t ®−êng chia n−íc. TrÇm tÝch nµy ®−îc t¹o thµnh do n−íc m−a cuèn tr«i c¸c s¶n phÈm rêi xèp cña phong hãa tõ nh÷ng vïng CH¦¥NG I Trang 11 cao h¬n ®−a xuèng. §Æc ®iÓm gåm c¸c lo¹i ®Êt rêi r¹c, c¸c h¹t ®Êt nhá lÉn víi nh÷ng h¹t rÊt lín, kh«ng æn ®Þnh, th−êng hay bÞ tr−ît lë theo mÆt líp ®¸ gèc bªn d−íi, cã bÒ dµy cña líp ®Êt rÊt kh«ng ®ång ®Òu. - TrÇm tÝch båi tÝch (Aluvian): §ã lµ tÊt c¶ c¸c s¶n phÈm ®−îc t¹o thµnh b»ng mäi c¸ch ë s«ng, hîp thµnh c¸c trÇm tÝch c¸c thung lòng cæ, hiÖn ®¹i vµ lßng s«ng. §Æc ®iÓm cña lo¹i trÇm tÝch nµy lµ cã tÝnh ph©n líp theo quy luËt vÒ thµnh phÇn h¹t cña chóng, tõ c¸c líp bªn trªn th−êng lµ ®Êt lo¹i sÐt vµ c¸t mÞn, ®Õn c¸c líp bªn d−íi th−êng ®−îc cÊu t¹o bëi ®Êt c¸t lÉn Ýt sái vµ cuéi. - TrÇm tÝch tam gi¸c tr©u vµ hå sõng tr©u: §−îc h×nh thµnh do s«ng mang vËt liÖu ®Õn vµ l¾ng ®äng ë vïng cöa s«ng vµ c¸c khóc s«ng chÕt. TrÇm tÝch nµy ®−îc ®Æc tr−ng bëi sù tån t¹i c¸c líp bïn sÐt, bïn h÷u c¬ ch−a ®−îc nÐn chÆt mÊy, c¸t mÞn, c¸t pha sÐt ... C¸c ®Êt thuéc lo¹i nµy th−êng cã ®é dµy vµ diÖn tÝch ph©n bè lín, t¹o thµnh mét khèi dÎo cã tÝnh nÐn lín. - TrÇm tÝch biÓn: Lµ sù tÝch lòy d−íi ®¸y biÓn c¸c vËt liÖu do dßng n−íc mang ®Õn. Thµnh phÇn vµ tÝnh chÊt cña lo¹i trÇm tÝch biÓn nµy phô thuéc rÊt nhiÒu vµo sù tån t¹i c¸c chÊt h÷u c¬ thùc vËt vµ ®éng vËt sèng d−íi ®¸y biÓn. TrÇm tÝch nµy chñ yÕu lµ c¸c ®Êt sÐt vµ ®Êt bïn phæ biÕn trªn mét diÖn tÝch rÊt réng lín vµ ®−îc ®Æc tr−ng bëi nh÷ng tÝnh chÊt rÊt kh¸c nhau tïy theo tuæi vµ lÞch sö h×nh thµnh cña chóng. Víi sù m« t¶ tãm t¾t c¸c lo¹i trÇm tÝch ë trªn, th× thÊy râ rµng c¸c ®Êt trong thiªn nhiªn rÊt kh¸c nhau, vµ b¶n chÊt vËt lý cña chóng cùc kú phøc t¹p. Tõ qu¸ tr×nh h×nh thµnh cña ®Êt ®Õn hoµn c¶nh hiÖn t¹i cña chóng, tÊt c¶ nh÷ng yÕu tè ®ã ®· t¹o nªn nh÷ng tÝnh chÊt ®éc ®¸o cña c¸c ®Êt thiªn nhiªn. 1.3 ¶nh h−ëng cña m«i tr−êng ®Þa - vËt lý ®Õn tÝnh chÊt cña ®Êt. Víi c¸c vÊn ®Ò ®· tr×nh bµy ë trªn, cã thÓ thÊy râ r»ng m«i tr−êng ®Þa - vËt lý cã ¶nh h−ëng rÊt lín ®Õn sù h×nh thµnh cña ®Êt, nªn khi nghiªn cøu ®Êt kh«ng thÓ t¸ch rêi nh÷ng ®iÒu kiÖn lÞch sö tù nhiªn h×nh thµnh vµ tån t¹i cña ®Êt ®ù¬c. Ch¼ng h¹n, tïy theo tuæi vµ toµn bé lÞch sö tr−íc ®©y cña sù h×nh thµnh chóng, c¸c lo¹i ®Êt sÐt thiªn nhiªn cã nh÷ng tÝnh chÊt rÊt kh¸c nhau. VÝ dô: c¸c ®Êt sÐt Cambri tuæi kho¶ng 500 triÖu n¨m th× ch¾c ch¾n r»ng, trong thêi gian dµi ®ã ®· chÞu t¸c dông cña nh÷ng ¸p lùc lín thay ®æi, bÞ Ðp mÊt n−íc trong tõng bé phËn vµ bÞ kh« ®i, v.v... C¸c ®Êt sÐt nµy ®· tr¶i qua mäi qu¸ tr×nh hãa häc vµ hãa - lý ®· x¶y ra, ngay c¶ nh÷ng qu¸ tr×nh x¶y ra víi nh÷ng tèc ®é rÊt nhá hoµn toµn kh«ng thÓ nhËn biÕt ®−îc trong mét kho¶ng thêi gian t−¬ng ®èi ng¾n. MÆt kh¸c, c¸c qu¸ tr×nh dÝnh kÕt cùc kú chËm x¶y ra trong mét thêi gian dµi còng cã ¶nh h−ëng ®Õn kÕt cÊu vµ c¬ cÊu cña ®Êt lo¹i sÐt ®ã. TÊt c¶ c¸c qu¸ tr×nh ®ã ®· t¹o nªn tÝnh chÊt hoµn toµn ®Æc biÖt cña c¸c ®Êt sÐt Cambri so víi c¸c ®Êt sÐt kh¸c. Theo kÕt qu¶ nghiªn cøu th× c¸c ®Êt sÐt nµy cã thÓ coi nh− vËt liÖu cøng nhít ®µn håi, cã kh¶ n¨ng chÞu t¶i lín. Tr¸i víi c¸c ®Êt sÐt Cambri, c¸c lo¹i ®Êt sÐt (trÇm tÝch biÓn, hå, ®Çm) hiÖn ®¹i th−êng cßn Ýt ®−îc nÐn chÆt, chóng th−êng cã tr¹ng th¸i në nh·o vµ cã søc chÞu t¶i kh«ng ®¸ng kÓ. §èi víi c¸c ®Êt c¸t còng vËy, chóng phô thuéc rÊt lín vµo ®iÒu kiÖn h×nh thµnh cña chóng, cã lo¹i c¸t ë tr¹ng th¸i rÊt chÆt, cã lo¹i th× l¹i rêi xèp, thËm chÝ cã lo¹i c¸t ë tr¹ng th¸i huyÒn phï dÔ sinh hiÖn t−îng c¸t ch¶y. CH¦¥NG I Trang 12 Do ®ã, khi nghiªn cøu c¸c ®Êt thiªn nhiªn cã xÐt ®Õn t¸c dông t−¬ng hç cña chóng víi m«i tr−êng xung quanh vµ sù biÕn ®æi liªn tôc c¸c tÝnh chÊt cña chóng, th× cÇn ph¶i chó ý nhiÒu ®Õn lÞch sö cña chóng, nghÜa lµ chó ý ®Õn c¸c ®iÒu kiÖn vµ diÔn biÕn cña qu¸ tr×nh h×nh thµnh còng nh− hoµn c¶nh ®Þa - vËt lý cña sù h×nh thµnh ®Êt. Qu¸ tr×nh "hãa ®¸" cã mét ý nghÜa quan träng trong sù h×nh thµnh c¸c tÝnh chÊt míi cña ®Êt. C¸c hiÖn t−îng t¸i kÕt hîp (sù nÐn chÆt, sù dÝnh kÕt) vµ kiÕn t¹o (chñ yÕu lµ sù trôt xuèng cña mét phÇn vá qu¶ ®Êt) cã thÓ t¹o nªn nh÷ng ®iÒu kiÖn cã kh¶ n¨ng lµm thay ®æi thµnh phÇn vµ kÕt cÊu cña ®Êt, h¬n n÷a, cïng víi nh÷ng ¸p lùc vµ nhiÖt ®é thÝch hîp, chóng cã thÓ dÉn tíi hiÖn t−îng biÕn chÊt, nghÜa lµ thay ®æi hoµn toµn c¸c ®¸ rêi b»ng c¸ch kÕt dÝnh l¹i, kÕt tinh l¹i c¸c h¹t kho¸ng vËt cña chóng ®Õn khi thµnh c¸c ®¸ khèi liÒn. Do c¸c tÝnh chÊt cña ®Êt phô thuéc rÊt nhiÒu vµo nh÷ng t¸c dông cña m«i tr−êng xung quanh, nªn trong C¬ häc ®Êt, khi chän c¸c s¬ ®å tÝnh to¸n cÇn ph¶i xÐt ®Õn hoµn c¶nh tù nhiªn mµ ®Êt tån t¹i. Cßn viÖc x¸c ®Þnh c¸c ®Æc tr−ng tÝnh to¸n cña ®Êt th× cÇn ®¶m b¶o sao cho c¸c mÉu ®Êt thÝ nghiÖm ph¶n ¸nh ®−îc tr¹ng th¸i tån t¹i tù nhiªn cña nã. §Ó ®¸p øng ®−îc yÕu cÇu trªn, c¸c mÉu ®Êt dïng ®Ó thÝ ngiÖm ph¶i cè g¾ng lµm sao ®¶m b¶o cho kÕt cÊu cña nã Ýt bÞ ph¸ ho¹i nhÊt. §2. C¸c thµnh phÇn cÊu t¹o cña ®Êt vµ t¸c dông lÉn nhau gi÷a chóng Nh− trªn ®· tr×nh bµy, ®Êt thiªn niªn lµ mét vËt thÓ ph©n t¸n bao phñ phÇn lín bÒ mÆt cña vá qu¶ ®Êt. Do ®ã khi nghiªn cøu c¸c ®Êt thiªn nhiªn cÇn ph¶i chó ý r»ng chóng lµ mét hÖ thèng phøc t¹p, cã t¸c dông t−¬ng hç lÉn nhau gi÷a c¸c thµnh phÇn r¾n (cøng), láng vµ khÝ. Trong tr¹ng th¸i tù nhiªn, quan hÖ gi÷a c¸c nhãm h¹t riªng rÏ cã ý nghÜa c¬ b¶n vµ ®Æc biÖt lµ sù cã mÆt cña sè l−îng c¸c h¹t r¾n nhá vµ cùc kú nhá trong ®Êt, chóng cã diÖn tÝch bÒ mÆt riªng lín nhÊt vµ do ®ã cã ho¹t tÝnh cao nhÊt. Tr−êng hîp tæng qu¸t, ®Êt gåm ba thµnh phÇn: C¸c h¹t kho¸ng chÊt r¾n th−êng chiÕm phÇn lín thÓ tÝch cña ®Êt, thÓ láng chiÕm mét phÇn hay toµn bé kho¶ng trèng gi÷a c¸c h¹t r¾n cña ®Êt vµ thµnh phÇn khÝ chiÕm phÇn cßn l¹i trong c¸c lç rçng cña ®Êt, gåm chñ yÕu lµ kh«ng khÝ. C¸c tÝnh chÊt cña nh÷ng thµnh phÇn nµy, tû lÖ sè l−îng gi÷a chóng trong ®Êt, c¸c t¸c dông ®iÖn ph©n tö, hãa - lý, c¬ häc vµ c¸c t¸c dông t−¬ng hç kh¸c gi÷a c¸c thµnh phÇn cña ®Êt quyÕt ®Þnh b¶n chÊt cña ®Êt. 2.1. Thµnh phÇn r¾n (cøng) cña ®Êt: Thµnh phÇn r¾n cña ®Êt chñ yÕu gåm c¸c h¹t kho¸ng vËt nguyªn sinh hoÆc thø sinh, th−êng gäi lµ h¹t ®Êt, cã kÝch th−íc tõ vµi xentimet ®Õn vµi phÇn tr¨m, phÇn ngh×n milimet. C¸c tÝnh chÊt cña ®Êt phô thuéc vµo thµnh phÇn kho¸ng chÊt cña chóng. 2.1.1. Thµnh phÇn kho¸ng cña ®Êt: Thµnh phÇn kho¸ng chÊt cña ®Êt phô thuéc chñ yÕu vµo thµnh phÇn kho¸ng cña ®¸ gèc vµ vµo møc ®é t¸c dông cña phong ho¸ ®èi víi c¸c ®¸ gèc Êy. Tïy theo møc ®é t¸c dông cña phong hãa kh¸c nhau, thµnh phÇn kho¸ng sÏ kh¸c nhau, ngay c¶ khi do cïng mét lo¹i ®¸ gèc sinh ra, do ®ã nã cã ¶nh h−ëng kh¸c nhau ®Õn tÝnh CH¦¥NG I Trang 13 chÊt vËt lý vµ c¬ häc cña ®Êt. C¸c kho¸ng vËt t¹o thµnh ®Êt trong thiªn nhiªn cã thÓ ph©n thµnh hai nhãm nh− sau: Kho¸ng vËt nguyªn sinh vµ kho¸ng vËt thø sinh. C¸c kho¸ng vËt nguyªn sinh: Th−êng gÆp trong ®Êt thiªn nhiªn lµ Fenpat, th¹ch anh vµ mica. C¸c h¹t ®Êt cã chøa thµnh phÇn kho¸ng nµy th−êng cã kÝch th−íc lín. §èi víi c¸c nhãm h¹t lín th−êng Ýt khi kh¸c nhau vÒ tÝnh chÊt c¬ - lý cña chóng, ngay c¶ nh÷ng lo¹i ®Êt cã lÞch sö kh¸c nhau, ®ång thêi thµnh phÇn kho¸ng còng kh«ng cã ¶nh h−ëng nhiÒu tíi tÝnh chÊt c¬ - lý cña chóng. C¸c kho¸ng vËt thø sinh: Chia thµnh hai lo¹i kh¸c nhau tïy theo tÝnh chÊt hßa tan trong n−íc. Trong sè c¸c kho¸ng vËt thø sinh kh«ng hßa tan trong n−íc, th−êng gÆp nhiÒu nhÊt lµ M«nm«ril«nit, Ilit vµ Kaolinit, c¸c kho¸ng vËt nµy cßn gäi lµ kho¸ng vËt sÐt, v× chóng lµ thµnh phÇn chñ yÕu cña c¸c h¹t sÐt (nhá h¬n 0,005mm vµ lo¹i ®Æc biÖt nhá h¬n 0,002mm). C¸c kho¸ng vËt nµy cã cÊu t¹o kÕt cÊu ph©n tö d¹ng tÊm râ rÖt, nh−ng tÝnh ho¹t ®éng keo bÒ mÆt rÊt kh¸c nhau. §èi víi th¹ch anh, tÝnh ho¹t ®éng keo bÒ mÆt gÇn b»ng kh«ng, ®èi víi Kaolinit kho¶ng 0,4, ®èi víi Ilit lµ 0,9 vµ M«nm«rilonit tõ 1,5 ®Õn 7,2 tïy theo nã chøa ion canxi (Ca++) hay ion Natri (Na+). Tõ ®ã cã thÓ thÊy r»ng, thµnh phÇn kho¸ng chÊt cña ®Êt chØ ¶nh h−ëng chñ yÕu ®Õn c¸c h¹t ®Êt nhá vµ cùc nhá, v× r»ng c¸c h¹t ®Êt cµng nhá th× tû diÖn tÝch (m2/g) cña chóng cµng lín, do ®ã ho¹t tÝnh keo cña kho¸ng vËt ®−îc ph¸t huy ®Çy ®ñ nhÊt, mµ nh− trªn ®· tr×nh bµy, ho¹t tÝnh keo cña c¸c lo¹i kho¸ng vËt kh¸c nhau th× rÊt kh¸c nhau, dÉn ®Õn tÝnh chÊt c¬ - lý cña ®Êt còng kh¸c nhau. C¸c kho¸ng vËt thø sinh hßa tan trong n−íc th−êng gÆp lµ: Canxit, mica tr¾ng, th¹ch cao vµ muèi má,v.v... 2.1.2. Thµnh phÇn h¹t cña ®Êt: Trong tù nhiªn ®Êt do c¸c h¹t to nhá cã thµnh phÇn kho¸ng vËt kh¸c nhau hîp thµnh. KÝch th−íc cña c¸c h¹t thay ®æi trong mét ph¹m vi rÊt réng lín, tõ hµng chôc, hµng tr¨m xentimet nh− c¸c hßn ®¸ t¶ng, cuéi, ®Õn vµi phÇn tr¨m, vµi phÇn ngh×n milimet nh− h¹t sÐt. H¹t ®Êt cµng nhá th× tû diÖn tÝch cµng lín, do ®ã n¨ng l−îng mÆt ngoµi cµng lín vµ tÝnh chÊt cña ®Êt cµng phøc t¹p. Cßn ®èi víi ®Êt h¹t to th× lç rçng gi÷a c¸c h¹t lín, nªn tÝnh thÊm n−íc lín h¬n ®Êt h¹t nhá. §iÒu ®ã nãi lªn rÊt nhiÒu tÝnh chÊt c¬ - lý cña ®Êt cã liªn quan ®Õn thµnh phÇn h¹t cña ®Êt. Tuy vËy còng cÇn l−u ý r»ng chóng ta kh«ng thÓ ®¸nh gi¸ mét c¸ch ®Þnh l−îng ¶nh h−ëng cña thµnh phÇn h¹t ®Õn tÝnh chÊt cña ®Êt ®−îc, bëi v× tÝnh chÊt cña ®Êt cßn do nhiÒu yÕu tè phøc t¹p kh¸c quyÕt ®Þnh, h¬n n÷a tïy ®iÒu kiÖn cô thÓ ¶nh h−ëng cña chóng còng rÊt kh¸c nhau. Khi nghiªn cøu thµnh phÇn h¹t cña ®Êt, tr−íc hÕt ph¶i tiÕn hµnh ph©n tÝch h¹t ®Êt ®Ó ph©n chia tÊt c¶ c¸c lo¹i h¹t cã kÝch th−íc c¸c h¹t kh¸c nhau thµnh tõng nhãm. Trong mçi nhãm kÝch th−íc cã thÓ thay ®æi trong mét ph¹m vi nhÊt ®Þnh nh−ng c¬ b¶n chóng cã nh÷ng tÝnh chÊt c¬ - lý gÇn gièng nhau. Mçi nhãm nh− vËy gäi lµ nhãm h¹t. L−îng chøa t−¬ng ®èi cña c¸c nhãm h¹t trong ®Êt (TÝnh theo phÇn tr¨m trong tæng khèi l−îng ®Êt kh«) gäi lµ thµnh phÇn h¹t cña ®Êt hay cßn gäi lµ thµnh phÇn cÊp phèi cña ®Êt. HiÖn nay, tïy theo tõng n−íc vµ tïy theo môc ®Ých sö dông mµ giíi h¹n ®−êng kÝnh khi ph©n chia c¸c nhãm h¹t vµ tû lÖ gi÷a c¸c nhãm h¹t khi ph©n lo¹i ®Êt còng cã Ýt nhiÒu kh«ng hoµn toµn thèng nhÊt. ë n−íc ta, viÖc ph©n chia c¸c nhãm h¹t theo môc ®Ých x©y dùng hiÖn nay th−êng dïng b¶ng ph©n lo¹i (I-1) sau ®©y: CH¦¥NG I Trang 14 B¶ng (I - 1): Ph©n nhãm theo ®−êng kÝnh h¹t Nhãm h¹t Ph©n KÝch th−íc h¹t TÝnh chÊt chung nhãm (mm) Lín >800 §¸ l¨n Võa 800 - 400 ®¸ héc Nhá 400 - 200 RÊt lín 200 - 100 TÝnh thÊm lín, kh«ng dÝnh, ®é d©ng cao cña §¸ d¨m Lín 100 - 60 cuéi n−íc mao dÉn rÊt nhá, kh«ng gi÷ ®−îc n−íc Võa 60 - 40 Nhá 40 - 20 Th« 20 - 10 S¹n, sái Võa 10 - 5 Nhá 5-2 Th« 2 - 0,5 DÔ thÊm n−íc, kh«ng dÝnh, ®é d©ng cao cña n−íc mao dÉn kh«ng lín, gÆp n−íc kh«ng në Võa 0,5 - 0,25 H¹t c¸t ra, khi kh« kh«ng co l¹i, rêi r¹c, kh«ng thÓ Nhá 0,25 - 0,05 hiÖn tÝnh dÎo, tÝnh nÐn lón nhá. TÝnh thÊm nhá, h¬i dÝnh khi −ít, n−íc mao Th« 0,05 - 0,01 H¹t bôi dÉn d©ng lªn t−¬ng ®èi cao vµ nhanh, gÆp Nhá 0,01 - 0,002 n−íc në ra, kh« kh«ng co nhiÒu. HÇu nh− kh«ng thÊm n−íc, t¸c dông cña n−íc mµng máng râ rÖt, lóc Èm cã tÝnh dÎo, tÝnh H¹t sÐt < 0,002 dÝnh lín, gÆp n−íc në ra nhiÒu, kh« co l¹i nhiÒu, tÝnh nÐn lón lín. ThÝ nghiÖm ®Ó ph©n chia c¸c nhãm h¹t ®Êt gäi lµ thÝ nghiÖm ph©n tÝch h¹t, tïy theo kÝch th−íc h¹t to nhá mµ kü thuËt ph©n tÝch cã kh¸c nhau. Nãi chung trong nh÷ng ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch thµnh phÇn h¹t, chñ yÕu chóng ta míi chØ dïng hai lo¹i chÝnh nh− sau: - Ph−¬ng ph¸p dïng r©y: Ph−¬ng ph¸p nµy dïng cho c¸c lo¹i ®Êt h¹t c¸t vµ lín h¬n. Ng−êi ta dïng mét hÖ thèng r©y cã ®−êng kÝnh lç to nhá kh¸c nhau, ®Ó tiÖn cho viÖc sö dông th−êng ng−êi ta dïng lo¹i r©y cã ®−êng kÝnh lç trïng víi giíi h¹n ®−êng kÝnh cña c¸c nhãm h¹t ®· ph©n chia nh− trªn. ë n−íc ta dïng r©y nhá nhÊt lµ 0,1mm, cßn ë B¾c Mü vµ mét sè n−íc T©y ¢u ng−êi ta ®¸nh sè r©y theo sè l−îng lç trªn mét ins¬ vu«ng, r©y nhá nhÊt lµ No200 t−¬ng øng víi kÝch th−íc m¾t lç lµ 0,074mm. Do nguyªn nh©n nµy 0,074 ®−îc c¸c n−íc trªn xem lµ biªn tiªu chuÈn gi÷a vËt liÖu h¹t th« vµ h¹t mÞn. - Ph−¬ng ph¸p thuû lùc: Ph−¬ng ph¸p nµy dùa trªn c¬ së ®Þnh luËt Stokes, trong ®ã tèc ®é cña c¸c h¹t h×nh cÇu l¾ng ch×m trong m«i tr−êng láng lµ hµm sè cña ®−êng kÝnh vµ träng l−îng riªng cña h¹t ®Êt. Trong sè c¸c ph−¬ng ph¸p thÝ nghiÖm dùa trªn nguyªn lý nµy, ë n−íc ta th−êng dïng nhÊt lµ ph−¬ng ph¸p tØ träng kÕ, dïng ®Ó x¸c ®Þnh thµnh phÇn h¹t cña ®Êt h¹t bôi vµ h¹t sÐt. Nãi chung ph©n tÝch h¹t cña ®Êt sÐt lµ mét vÊn ®Ò hÕt søc phøc t¹p, hiÖn nay cßn nhiÒu vÊn ®Ò ch−a ®−îc nghiªn cøu kü cµng, chóng ta cÇn ®Æc biÖt l−u ý tíi. C¸ch tiÕn hµnh cô thÓ cña tõng ph−¬ng ph¸p cã thÓ xem trong c¸c tµi liÖu h−íng dÉn thÝ nghiÖm ®Êt vµ c¸c tµi liÖu CH¦¥NG I Trang 15 cã liªn quan. NÕu trong ®Êt ®ång thêi cã c¶ hai nhãm h¹t ®· nªu trªn th× ph¶i kÕt hîp c¶ hai ph−¬ng ph¸p thÝ nghiÖm trªn ®Ó x¸c ®Þnh. KÕt qu¶ thÝ nghiÖm ph©n tÝch h¹t cña ®Êt ®−îc biÓu thÞ b»ng ®−êng cong cÊp phèi cña ®Êt, vÏ trªn hÖ trôc täa ®é b¸n logarit, trong ®ã trôc hoµnh biÓu thÞ logarit cña ®−êng kÝnh h¹t cßn trôc tung th× biÓu thÞ l−îng chøa phÇn tr¨m cña nh÷ng h¹t cã ®−êng kÝnh nhá h¬n mét ®−êng kÝnh ®· cho nµo ®ã. Ch¼ng h¹n theo kÕt qu¶ ph©n tÝch, biÓu diÔn bëi ®−êng cong cÊp phèi I cña ®Êt ë h×nh (I -1) th× l−îng chøa h¹t bôi lµ 72%, l−îng chøa h¹t c¸t 17% vµ l−îng chøa h¹t sÐt lµ 11%. §¸ 100% t¶ng H¹t cuéi H¹t sái H¹t c¸t H¹t sÐt H¹t bôi 100% H¹t c¸t 83% (17%) B' I) D10=0,0046mm D60=0,041mm Cu=9 II) D10=0,17mm D60=0,40mm Cu=2,35 50 10 0 100 B II H¹t bôi (72%) I A' 10 1,0 A 0,1 0,01 11% H¹t sÐt (11%) 0,001(mm) H×nh I - 1:§−êng cong tÝch lòy h¹t §−êng cong cÊp phèi cña ®Êt ®−îc dïng ®Ó x¸c ®Þnh tªn gäi, ®−êng kÝnh cã hiÖu vµ hÖ sè kh«ng ®ång ®Òu cña ®Êt. §Ó x¸c ®Þnh tªn ®Êt, sau khi vÏ ®−îc ®−êng cong cÊp phèi (®−êng cong tÝch lòy h¹t), cÇn t×m ra l−îng chøa t−¬ng ®èi cña c¸c nhãm h¹t c¸t, h¹t bôi vµ h¹t sÐt trong ®Êt. Dùa vµo kÕt qu¶ ®ã vµ dïng c¸c b¶ng ph©n lo¹i ®Êt (b¶ng I-5) ®Ó x¸c ®Þnh tªn cña lo¹i ®Êt ®ang xÐt ®ång thêi lµm c¬ së cho viÖc ®¸nh gi¸ c¸c tÝnh chÊt c¬ - lý cña nã. HÖ sè kh«ng ®ång ®Òu ®−îc ký hiÖu lµ Cu vµ ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: Cu = D 60 D10 (I - 1) D10 lµ ®−êng kÝnh mµ nh÷ng h¹t b»ng nã vµ nhá h¬n nã chiÕm 10%, cßn D60 lµ ®−êng kÝnh mµ nh÷ng h¹t cã kÝch th−íc b»ng vµ nhá h¬n nã chiÕm 60% tæng khèi l−îng ®Êt kh«. §èi víi lo¹i ®Êt trªn h×nh (I -1) ®−êng kÝnh nµy t−¬ng øng víi ®iÓm B vµ D60 = 0,041mm. HÖ sè kh«ng ®ång ®Òu cña mét lo¹i ®Êt cµng lín, th× ®Êt ®ã ®−îc cÊu t¹o bëi c¸c h¹t cã kÝch th−íc cµng kh«ng ®Òu nhau, ng−îc l¹i khi Cu cµng nhá th× ®Êt cµng ®Òu h¹t. Th«ng th−êng trong thùc tÕ hÖ sè kh«ng ®ång ®Òu chØ ¸p dông cho c¸c lo¹i ®Êt rêi. C¸c lo¹i c¸t sái, c¸t th« vµ c¸t võa, nÕu cã hÖ sè kh«ng ®ång ®Òu lín h¬n 3 th× ®−îc gäi lµ c¸t kh«ng ®Òu, vµ ®−îc xem lµ cã cÊp phèi tèt, v× lóc nµy c¸c lç rçng gi÷a c¸c h¹t lín ®−îc c¸c h¹t nhá xen kÏ vµ lÊp kÝn, lµm cho ®é chÆt cña ®Êt t¨ng lªn vµ tÝnh thÊm gi¶m ®i, ®ång thêi ®Êt ®ã cã tÝnh lón nhá vµ kh¶ n¨ng chèng c¾t lín khi chÞu t¸c dông cña t¶i träng ngoµi. Nh− phÇn trªn ®· tr×nh bµy, gi÷a kÝch th−íc c¸c h¹t ®Êt vµ thµnh phÇn kho¸ng cña chóng cã mèi liªn quan mËt thiÕt víi nhau. VÝ dô : víi nh÷ng h¹t cã kÝch th−íc lín h¬n h¹t c¸t th−êng cã thµnh phÇn kho¸ng gièng víi ®¸ gèc, c¸c h¹t cã kÝch th−íc cña h¹t c¸t thµnh phÇn kho¸ng vËt cña chóng th−êng thuéc lo¹i nguyªn sinh, trong ®ã c¸c h¹t lín th−êng chøa c¸c kho¸ng vËt kÐm æn ®Þnh, dÔ bÞ ph¸ hñy do phong hãa g©y nªn nh− Fenf¸t, Mica ®en, v.v... Cßn c¸c h¹t nhá th× phÇn lín cã CH¦¥NG I Trang 16 chøa kho¸ng vËt æn ®Þnh, khã bÞ phong hãa nh− th¹ch anh. Tõ ®ã cã thÓ thÊy r»ng, mÆc dï cïng thuéc lo¹i h¹t c¸t, nh−ng ®Êt gåm c¸c h¹t cã kÝch th−íc lín nhá kh¸c nhau th× dÉn ®Õn nh÷ng tÝnh chÊt c¬ - lý còng kh¸c nhau. §èi víi c¸c h¹t sÐt th× chñ yÕu do kho¸ng vËt thø sinh t¹o nªn, trong ®ã cã c¸c h¹t kÝch th−íc t−¬ng ®èi lín th−êng lµ nh÷ng h¹t kho¸ng vËt lo¹i Kaolinit, cßn nh÷ng h¹t cã kÝch th−íc nh− h¹t keo lµ nh÷ng h¹t kho¸ng vËt lo¹i M«nm«rilorit, nh÷ng h¹t cã kÝch th−íc trung b×nh gi÷a hai lo¹i trªn th× th−êng lµ nh÷ng h¹t kho¸ng vËt lo¹i Ilit. 2.1.3. H×nh d¹ng h¹t ®Êt: H×nh d¹ng h¹t ®Êt rÊt kh¸c nhau tõ d¹ng h×nh cÇu ®Õn d¹ng tÊm máng vµ h×nh kim, do ®ã mµ tÝnh chÊt cña ®Êt sÏ kh¸c nhau khi h×nh d¹ng cña c¸c h¹t kh¸c nhau. Th«ng th−êng c¸c nhãm h¹t cã kÝch th−íc lín nh− h¹t c¸t trë lªn th× cã h×nh d¹ng trßn nh½n hoÆc s¾c c¹nh. Trong tr−êng hîp nµy h×nh d¹ng cña h¹t ®Êt sÏ cã ¶nh h−ëng nhiÒu ®Õn tÝnh chÊt cña ®Êt, ch¼ng h¹n trong nhãm c¸c h¹t c¸t gåm nh÷ng h¹t th¹ch anh cã gãc c¹nh s¾c nhän, nhê ®ã chóng cã thÓ xen kÏ vµo nhau ®Ó x¾p xÕp ®−îc chÆt h¬n so víi nhãm c¸c h¹t cã cïng kÝch th−íc nh−ng cã d¹ng trßn nh½n. §èi víi nh÷ng nhãm h¹t cã kÝch th−íc nhá (nh− h¹t sÐt hay h¹t keo), b»ng kÝnh hiÓn vi ®iÖn tö ng−êi ta ®· x¸c minh r»ng hÇu nh− tÊt c¶ chóng ®Òu cã h×nh d¹ng b¶n tÊm râ rÖt hoÆc lµ trong nh÷ng tr−êng hîp riªng cã d¹ng h×nh kim ph¼ng dµi. Trong tr−êng hîp nµy h×nh d¹ng cña h¹t ®Êt Ýt lµm ¶nh h−ëng ®Õn tÝnh chÊt cña ®Êt mµ tÝnh chÊt cña ®Êt chØ phô thuéc chñ yÕu vµo thµnh phÇn kho¸ng cña chóng. Nh− trªn ®· tr×nh bµy, thµnh phÇn kho¸ng cña c¸c h¹t ®Êt l¹i cã quan hÖ mËt thiÕt víi møc ®é ph©n t¸n cña chóng, møc ®é ph©n t¸n cña ®Êt kh¸c nhau dÉn ®Õn chóng cã tû lÖ diÖn tÝch kh¸c nhau. Theo kÕt qu¶ ph©n tÝch c¸c mÉu ®Êt (B¶ng I -2) c¸c h¹t thuéc nhãm h¹t sÐt cã tû diÖn tÝch rÊt lín, do ®ã n¨ng l−îng mÆt ngoµi cña chóng còng rÊt lín vµ t¹o nªn cho chóng nhiÒu tÝnh chÊt riªng biÖt kh¸c. B¶ng I -2 : TØ diÖn tÝch cña c¸c kho¸ng vËt sÐt Tªn kho¸ng vËt M«nm«rilonit Ilit Kaolinit TØ sè kÝch th−íc c¸c chiÒu 100 × 100 × 1 20 × 20 × 1 10 × 10 × 1 KÝch th−íc thùc tÕ tÝnh b»ng anstron (0,001µ) ChiÒu dµi vµ chiÒu ChiÒu dµy réng 1000 - 5000 10 - 5 1000 - 5000 50 - 500 1000 - 20000 100 - 1000 TØ diÖn tÝch tÝnh b»ng m2/g 800 80 10 Theo b¶ng (I -2) cã thÓ thÊy r»ng bÒ mÆt (tû diÖn tÝch) cña nh÷ng nhãm h¹t sÐt rÊt nhá (nh− kho¸ng sÐt M«nm«rilonit) ®¹t tíi vµi tr¨m mÐt vu«ng trong mét gam ®Êt. §iÒu quan träng cÇn ph¶i chó ý n÷a lµ c¸c kho¸ng vËt nhãm M«nm«rilonit kh«ng nh÷ng chØ cã tû diÖn tÝch lín mµ cßn cã kh¶ n¨ng hÊp thô lín nhÊt vµ tÝnh në m¹nh nhÊt khi gÆp n−íc. §iÒu nµy cã thÓ ®−îc gi¶i thÝch bëi cÊu tróc tinh thÓ cña chóng. Trªn h×nh (I -2) tr×nh bµy cÊu t¹o m¹ng l−íi tinh thÓ (kÕt cÊu phÇn tö) cña Kaolinit vµ M«nm«rilonit. M¹ng tinh thÓ ®¬n vÞ cña Kaolinit cã n¨m líp ®iÖn tö víi m¹ng l−íi tinh thÓ bÊt ®éng. V× gi÷a hai tinh thÓ ®¬n vÞ tiÕp gi¸p nhau cã liªn kÕt chÆt [gi÷a - 6(O) vµ +6(OH)] nªn chóng khã t¸ch rêi nhau, lµm cho Kaolinit Ýt në khi gÆp n−íc. Cßn CH¦¥NG I Trang 17 m¹ng tinh thÓ cña M«nm«rilonit cã b¶y líp ®iÖn tö vµ m¹ng l−íi tinh thÓ di ®éng ®−îc, v× líp ®iÖn tö cña hai tinh thÓ ®¬n vÞ gÇn nhau quay vµo nhau lµ c¸c ®iÖn tö cña ¤xy cã ®iÖn cïng dÊu [gi÷a-6(O)vµ -6(O)] vµ gi÷a chóng cã lùc ®Èy, nªn chóng dÔ bÞ t¸ch rêi nhau, còng chÝnh v× thÕ nªn nã dÔ ®Ó cho c¸c ph©n tö cña n−íc chui vµo gi÷a lµm d·n réng c¸c m¹ng l−íi tinh thÓ cña M«nm«rilonit ra, lµm cho h¹t kho¸ng vËt nµy cã tÝnh në lín khi gÆp n−íc. -6(O) -6(O) +6(OH) 4(Al) o 7.2A 9.3A o Truûc b 4O+2(HO) 4(Al) 4O+2(HO) Truûc c Truûc c 4O+2(OH) +4(Si) -6(O) +6(OH) -6(O) +4(Si) +4(Si) -6(O) Truûc b a) Kaolinit a) Monmorilonit H×nh I - 2: CÊu t¹o m¹ng tinh thÓ cña Kaolinit vµ M«nmorilonit 2.2. Thµnh phÇn n−íc trong ®Êt: Trong c¸c ®Êt thiªn nhiªn lu«n lu«n chøa mét l−îng n−íc nhÊt ®Þnh nµo ®ã. N−íc lµ mét thµnh phÇn cã t¸c dông rÊt chÆt chÏ víi c¸c h¹t ®Êt, nhÊt lµ ®èi víi c¸c lo¹i ®Êt h¹t nhá vµ cã chøa c¸c chÊt h÷u c¬. Do mèi liªn quan t¸c dông t−¬ng hç ®ã ®· lµm ¶nh h−ëng rÊt lín ®Õn tÝnh chÊt c¬ - lý cña ®Êt. Tïy theo d¹ng tån t¹i cña n−íc trong ®Êt, n−íc cã t¸c dông kh¸c nhau vµ dÉn ®Õn h×nh thµnh c¸c tÝnh chÊt kh¸c nhau cña ®Êt, do ®ã cÇn ph¶i ph©n lo¹i n−íc trong ®Êt tr−íc khi nghiªn cøu ¶nh h−ëng cña nã ®Õn c¸c tÝnh chÊt cña ®Êt. Tïy theo nhiÖm vô, môc ®Ých cô thÓ cña tõng ngµnh mµ viÖc nghiªn cøu n−íc trong ®Êt theo tõng khÝa c¹nh kh¸c nhau. Theo quan ®iÓm vÒ x©y dùng th× chñ yÕu nghiªn cøu sù ¶nh h−ëng cña n−íc ®èi víi tÝnh chÊt x©y dùng cña ®Êt nÒn. Dùa vµo quan ®iÓm nµy cã thÓ ph©n lo¹i n−íc trong ®Êt theo s¬ ®å sau: N−íc trong ®Êt - N−íc trong kho¸ng vËt cña h¹t ®Êt - N−íc kÕt hîp mÆt ngoµi h¹t ®Êt - N−íc hót b¸m - N−íc liªn kÕt - N−íc liªn kÕt m¹nh - N−íc liªn kÕt yÕu - N−íc tù do : - N−íc mao dÉn - N−íc träng lùc 2.2.1. N−íc trong kho¸ng vËt cña h¹t ®Êt: Lµ lo¹i n−íc tån t¹i ë nh÷ng vÞ trÝ nhÊt ®Þnh trong m¹ng tinh thÓ cña kho¸ng vËt d−íi d¹ng ion (H+ vµ OH-) hoÆc d−íi d¹ng ph©n tö (H2O). Nã chØ cã thÓ t¸ch ra khái kho¸ng vËt ë nhiÖt ®é cao (4000 - 5000), thùc ra nã lµ mét bé phËn cña kho¸ng vËt lo¹i n−íc nµy Ýt ¶nh h−ëng ®Õn tÝnh chÊt c¬ - lý cña ®Êt, nªn theo quan ®iÓm x©y dùng th× kh«ng cã ý nghÜa quan träng. 2.2.2. N−íc kÕt hîp mÆt ngoµi h¹t ®Êt: N−íc kÕt hîp mÆt ngoµi h¹t ®Êt lµ lo¹i n−íc ®−îc gi÷ l¹i trªn bÒ mÆt h¹t ®Êt do t¸c dông hãa häc, hãa - lý vµ ®iÖn ph©n tö. TÝnh chÊt cña lo¹i n−íc nµy kh¸c h¼n víi n−íc th«ng th−êng, nã kh«ng chÞu chi phèi bëi träng lùc, vµ còng kh«ng truyÒn CH¦¥NG I Trang 18 ¸p lùc thñy tÜnh. Tïy theo møc ®é b¸m chÆt cña n−íc vµo h¹t ®Êt, n−íc kÕt hîp mÆt ngoµi cã thÓ ph©n ra nh− sau: - N−íc hót b¸m : Lµ lo¹i n−íc b¸m rÊt chÆt vµo ngay mÆt ngoµi cña h¹t ®Êt. Nã kh«ng cã kh¶ n¨ng hßa tan c¸c lo¹i muèi, kh«ng thÓ trùc tiÕp di chuyÓn tõ h¹t ®Êt nµy sang h¹t ®Êt kh¸c, tû träng cña lo¹i n−íc nµy lín h¬n 1 vµ cã gi¸ trÞ kho¶ng 1,5. L−îng chøa n−íc hót b¸m phô thuéc vµo tõng lo¹i ®Êt, víi ®Êt c¸t lµ 0,5%, víi ®Êt sÐt pha lµ 5 ÷7% vµ ®èi víi ®Êt sÐt lµ 10 ÷ 20%. Khi ®Êt sÐt chØ cã n−íc hót b¸m th× ®Êt ë tr¹ng th¸i r¾n. - N−íc liªn kÕt: Lµ lo¹i n−íc bao ë ngoµi n−íc hót b¸m vµ cã thÓ ph©n ra thµnh hai lo¹i: n−íc liªn kÕt m¹nh vµ n−íc liªn kÕt yÕu. N−íc liªn kÕt m¹nh: Lµ n−íc ®−îc gi÷ l¹i trong ®Êt bëi c¸c lùc hót ph©n tö, n−íc nµy èp chÆt vµo ®Êt, cã khi dïng ¸p lùc hµng chôc kG/cm2 còng kh«ng thÓ t¸ch nã ra khái h¹t ®Êt ®−îc. Khi thµnh t¹o n−íc liªn kÕt m¹nh th−êng tho¸t ra mét l−îng nhiÖt kh¸ lín, bëi v× khi kÕt hîp c¸c phÇn tö n−íc bÞ hót chÆt vµo trªn mÆt h¹t vµ mÊt n¨ng lùc ho¹t ®éng tù do, do ®ã ®éng n¨ng biÕn thµnh nhiÖt n¨ng phãng ra ngoµi. Nã kh«ng chÞu t¸c dông cña träng lùc, chØ khi nã hÊp thô ®Çy ®ñ nhiÖt n¨ng th× nã míi tho¸t khái ra khái mÆt h¹t ë tr¹ng th¸i h¬i n−íc. V× vËy n−íc liªn kÕt m¹nh cã nh÷ng tÝnh chÊt kh¸c h¼n n−íc th«ng th−êng, tû träng cña nã tõ 1,2 ®Õn 1,5. §é Èm t−¬ng øng víi bÒ dµy lín nhÊt cña n−íc hót b¸m vµ n−íc liªn kÕt m¹nh gäi lµ ®é Èm ph©n tö tèi ®a. N−íc liªn kÕt m¹nh cã thÓ chuyÓn tõ h¹t ®Êt cã bÒ dµy mµng n−íc lín ®Õn h¹t ®Êt cã bÒ dµy mµng n−íc nhá d−íi t¸c dông cña lùc hót ph©n tö. Khi trong ®Êt tån t¹i (cã mÆt) n−íc liªn kÕt m¹nh th× ®Êt ë tr¹ng th¸i nöa r¾n vµ ch−a thÓ hiÖn tÝnh dÎo. N−íc liªn kÕt yÕu: Lµ phÇn bäc ngoµi cïng cña n−íc liªn kÕt, chiÕm phÇn chñ yÕu trong mµng n−íc liªn kÕt. Khi thµnh t¹o n−íc liªn kÕt yÕu nµy kh«ng ph¸t nhiÖt, ®iÒu ®ã chøng tá r»ng c¸c ph©n tö n−íc trong líp nµy kh«ng bÞ mÊt qu¸ nhiÒu ®éng n¨ng ®Ó biÕn thµnh nhiÖt n¨ng nh− lóc thµnh t¹o n−íc liªn kÕt m¹nh. Nh−ng lùc hót gi÷a h¹t ®Êt vµ c¸c ph©n tö n−íc trong líp n−íc liªn kÕt yÕu còng kh¸ lín, do ®ã nã còng cã nh÷ng tÝnh chÊt kh¸c h¼n n−íc th«ng th−êng. Tû träng lín h¬n 1, cµng ra xa líp n−íc liªn kÕt m¹nh th× c¸c phÇn tö n−íc trong líp n−íc nµy s¾p xÕp cµng Ýt sÝt chÆt h¬n. V× vËy, c¸c phÇn tö n−íc trong líp n−íc nµy cã thÓ di chuyÓn chËm ch¹p tõ h¹t nµy sang h¹t kia mµ kh«ng cÇn ph¶i qua tr¹ng th¸i h¬i. N−íc liªn kÕt yÕu kh«ng chÞu t¸c dông cña träng lùc, nhiÖt ®é kÕt tinh nhá h¬n 00C. Khi ®Êt cã chøa lo¹i n−íc nµy vµ nÕu kÕt cÊu cña ®Êt bÞ ph¸ ho¹i th× ®Êt sÏ thÓ hiÖn tÝnh dÎo, nh−ng nÕu ë tr¹ng th¸i thiªn nhiªn th× dï ®Êt cã chøa n−íc liªn kÕt yÕu, ®Êt sÐt còng kh«ng xuÊt hiÖn tÝnh dÎo, V.A.Priklonxki gäi ®ã lµ tr¹ng th¸i dÎo ngÇm. 2.2.3. N−íc tù do: N−íc tù do lµ lo¹i n−íc ë ngoµi ph¹m vi t¸c dông cña lùc ®iÖn ph©n tö cña h¹t ®Êt do ®ã nã cã thÓ chuyÓn dÞch ë tr¹ng th¸i láng d−íi t¸c dông cña ngo¹i lùc nh− ¸p lùc thñy tÜnh vµ ¸p lùc mao dÉn vµ cã thÓ ph©n thµnh n−íc mao dÉn vµ n−íc träng lùc. - N−íc mao dÉn: N−íc mao dÉn lµ n−íc chiÕm mét phÇn hay toµn bé lç rçng cña ®Êt vµ cã bÒ mÆt giíi h¹n bëi c¸c mÆt khum. Khi ®Êt ch−a b·o hßa n−íc, c¸c mÆt khum cña n−íc t¹o thµnh ë trong lßng ®Êt, cßn khi ®Êt ®· b·o hßa n−íc th× c¸c mÆt khum t¹o thµnh trªn bÒ mÆt mùc n−íc mao dÉn (H×nh I-3). CH¦¥NG I Trang 19 hk h hk Trong ®Êt ®Êt sÐt chiÒu cao mao dÉn cã thÓ màût âáút ®¹t tíi vµi mÐt (v× kÝch th−íc lç rçng nhá). Cét q=γo.hk màût khum loîm n−íc mao dÉn cã thÓ t¹o ra mét ¸p lùc phô cho ®Êt. Âåïi baîo hoaì Cßn trong ®Êt c¸t, do kÝch th−íc lç rçng lín nªn mao dáùn chiÒu cao mao dÉn nhá xem nh− kh«ng ®¸ng kÓ. Pk Tuy nhiªn, khi c¸c h¹t ®ñ nhá, viÖc h×nh thµnh MNN nh÷ng mÆt khum vµ do lùc c¨ng bÒ mÆt lµm cho c¸c ®Êt c¸t h¹t nhá d−êng nh− cã mét ®é dÝnh nµo màût chuáøn ®ã khi −ít. a) b) - N−íc träng lùc: N−íc träng lùc lµ lo¹i H×nh I-3 n−íc tån t¹i trong c¸c lç rçng cña ®Êt vµ cã nh÷ng tÝnh chÊt th«ng th−êng cña n−íc ë tr¹ng th¸i láng nãi chung. N−íc nµy vËn ®éng d−íi t¸c dông cña träng lùc. Theo quan ®iÓm x©y dùng, ®èi víi lo¹i n−íc nµy chóng ta cÇn l−u ý xÐt ®Õn c¸c vÊn ®Ò sau: kh¶ n¨ng hßa tan vµ ph©n gi¶i cña n−íc, ¶nh h−ëng cña ¸p lùc thñy tÜnh ®èi víi ®Êt vµ ¶nh h−ëng cña lùc thÊm do sù chuyÓn ®éng cña n−íc trong ®Êt ®èi víi tÝnh æn ®Þnh cña ®Êt. 2.3. Thµnh phÇn khÝ trong ®Êt: NÕu c¸c lç rçng trong ®Êt thiªn nhiªn mµ kh«ng chøa ®Çy n−íc, th× khÝ (th−êng lµ kh«ng khÝ) sÏ chiÕm chç trong c¸c lç rçng Êy. C¨n cø vµo sù ¶nh h−ëng cña khÝ ®èi víi tÝnh chÊt c¬ - lý cña ®Êt, th× cã hai d¹ng khÝ c¬ b¶n trong ®Êt cÇn ph¶i xÐt ®Õn lµ khÝ tù do vµ khÝ hßa tan trong n−íc. C¸c khÝ tù do l¹i chia ra lµm khÝ th«ng th−¬ng víi khÝ trêi vµ khÝ kh«ng th«ng th−¬ng víi khÝ trêi - gäi lµ khÝ kÝn. Thµnh phÇn cña c¸c khÝ ë trong ®Êt cã thÓ kh¸c biÖt rÊt nhiÒu so víi khÝ trêi, ch¼ng h¹n nh− trong ®ã c¸c khÝ sinh ra trong qu¸ tr×nh sinh hãa (mªtan vµ nh÷ng khÝ kh¸c) cã thÓ ®ãng vai trß quan träng, còng nh− trong ®ã cã chøa nhiÒu «xitcacbon cã lÉn Sunfua vµ c¸c khÝ kh¸c mµ c¸c khÝ nµy kh«ng ®¸ng kÓ trong kh«ng khÝ. C¸c khÝ th«ng th−¬ng víi khÝ trêi cã nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt gÇn gièng nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt cña kh«ng khÝ ë ®iÓm ®ang xÐt. Khi cã t¸c dông cña t¶i träng ngoµi lªn ®Êt th× c¸c khÝ nµy dÔ dµng tho¸t ra khái ®Êt. C¸c khÝ kÝn (KhÝ kh«ng th«ng víi khÝ trêi) th−êng gÆp trong c¸c ®Êt dÝnh, chñ yÕu lµ trong ®Êt sÐt. Sù xuÊt hiÖn cña c¸c khÝ kÝn ë trong ®Êt sÐt cã liªn quan tíi kÝch th−íc to nhá kh¸c nhau cña c¸c ®−êng lç rçng ch»ng chÞt phøc t¹p trong ®Êt. Lo¹i khÝ kÝn nµy tån t¹i trong c¸c ®−êng lç rçng cña ®Êt, ë trong t×nh tr¹ng bÞ c¸ch ly kh«ng cã kh¶ n¨ng vËn ®éng, th−êng thÊy khi cã c¸c mµng n−íc, còng nh− n−íc mao dÉn vµ n−íc tù do bÊt ®éng cho¸n mét phÇn lç rçng. Sù tån t¹i khÝ kÝn trong ®Êt dÝnh cã ¶nh h−ëng lín tíi tÝnh chÊt c¬ häc cña ®Êt, c¸c bäc khÝ nµy sÏ lµm gi¶m tÝnh thÊm cña ®Êt, lµm t¨ng tÝnh ®µn håi vµ cã ¶nh h−ëng tíi qu¸ tr×nh nÐn lón cña ®Êt d−íi t¸c dông cña t¶i träng ngoµi. KhÝ hßa tan trong n−íc, tïy theo thµnh phÇn hãa häc cã thÓ ¶nh h−ëng kh¸c nhau tíi thµnh phÇn kho¸ng vËt cña ®Êt. Mét sè khÝ t¹o ra qu¸ tr×nh «xy hãa, mét sè kh¸c l¹i t¹o ra qu¸ tr×nh cacbonat hãa ®Êt, v.v... Khi nhiÖt ®é t¨ng lªn vµ ¸p lùc gi¶m ®i, khÝ hßa tan trong n−íc ë c¸c lç rçng t¸ch ra vµ trë thµnh khÝ tù do, lóc ®ã x¶y ra sù ph¸ ho¹i kÕt cÊu cña ®Êt. §iÒu nµy cÇn ®−îc xÐt tíi khi ®µo hè mãng, vµ khi lÊy mÉu ë c¸c lç khoan lªn ®Ó ph©n tÝch c¸c tÝnh chÊt c¬ häc cña ®Êt trong phßng thÝ nghiÖm. 2.4. C¸c t¸c dông qua l¹i gi÷a c¸c thµnh phÇn trong ®Êt: CH¦¥NG I Trang 20 2.4.1. Lùc ®iÖn ph©n tö vµ vá hydrat cña ®Êt: Nh− ®· tr×nh bµy ë phÇn tr−íc, h¹t ®Êt cã kÝch th−íc cµng nhá th× tû diÖn tÝch cña nã cµng lín vµ tíi mét møc ®é ph©n t¸n nhÊt ®Þnh nµo ®ã cña c¸c h¹t ®Êt, th× c¸c lùc ®iÖn ph©n tö (ho¹t n¨ng) trªn bÒ mÆt chóng sÏ thÓ hiÖn mét c¸ch m¹nh mÏ, c¸c lùc nµy sÏ quyÕt ®Þnh b¶n chÊt t¸c dông gi÷a c¸c h¹t kho¸ng vËt víi nhau, còng nh− gi÷a chóng víi m«i tr−êng n−íc. Nguyªn nh©n cña sù h×nh thµnh c¸c lùc ®iÖn ph©n tö nµy cã thÓ gi¶i thÝch nh− sau: M¹ng tinh thÓ cña c¸c kho¸ng vËt sÐt ®−îc cÊu t¹o bëi c¸c nguyªn tö c¸c nguyªn tè hãa häc, bè trÝ theo mét quy luËt nhÊt ®Þnh nh− h×nh (I -2). PhÇn lín nguyªn tö ë bªn trong m¹ng l−íi tinh thÓ c¸c h¹t kho¸ng chÊt trung hßa, nghÜa lµ ®iÖn d−¬ng cña h¹t nh©n trong chóng c©n b»ng víi ®iÖn ©m cña c¸c ®iÖn tö. Khi mét nguyªn tö trung hßa mÊt hay nhËn thªm mét hoÆc mét sè ®iÖn tö, th× nã trë thµnh mét ion mang ®iÖn d−¬ng (cation) hay ®iÖn ©m (anion). NÕu ë bªn trong c¸c h¹t kho¸ng vËt c¸c ion cã ®iÖn tÝch kh¸c dÊu c©n b»ng, th× ng−îc l¹i c¸c ®iÖn tÝch tù do kh«ng ®−îc c©n b»ng bëi ®iÖn tÝch cña c¸c ion kh¸c. V× vËy mµ h¹t kho¸ng vËt trë nªn nh− nh÷ng vËt mang ®iÖn. Theo tµi liÖu thÝ nghiÖm cho thÊy r»ng ®èi víi c¸c h¹t sÐt, ®iÖn tÝch trªn mÆt ngoµi cña chóng th−êng lµ cã dÊu ©m (rÊt Ýt khi mang dÊu d−¬ng). ChÝnh do trªn bÒ mÆt cña h¹t kho¸ng vËt mang ®iÖn tÝch tù do nh− vËy, nªn khi c¸c h¹t sÐt ë trong m«i tr−êng n−íc lu«n lu«n cã x¶y ra c¸c t¸c dông t−¬ng hç vËt lý vµ hãa häc nhÊt ®Þnh vµ t¹o thµnh ho¹t tÝnh ho¹t ®éng bÒ mÆt cña chóng. C−êng ®é ®iÖn tÝch bÒ mÆt cña c¸c h¹t chñ yÕu phô thuéc vµo thµnh phÇn kho¸ng vµ møc ®é ph©n t¸n cña h¹t. NÕu cã c¸c h¹t kho¸ng cña mét chÊt bÊt kú nhá, ®Õn møc ®é tÝnh ho¹t ®éng cña nã cã ¶nh h−ëng c¨n b¶n ®Õn c¸c tÝnh chÊt c¬ - lý cña chóng, th× ng−êi ta nãi r»ng chÊt ®ã ë tr¹ng th¸i keo, vµ ho¹t tÝnh bÒ mÆt gäi lµ ho¹t tÝnh keo. KÝch th−íc c¸c h¹t keo ®Êt thay ®æi trong kho¶ng tõ 1 ÷ 0,1micron, kh¶ n¨ng cña c¸c h¹t chuyÓn ®éng Brao (do c¸c søc ®Èy ph©n tö t¹o ra) vµ kh¶ n¨ng ®«ng tô trong n−íc khi cã chÊt ®iÖn gi¶i lµ nh÷ng tÝnh chÊt keo ®iÓn h×nh. Ho¹t tÝnh bÒ mÆt cña c¸c h¹t kho¸ng chÊt thÓ hiÖn rÊt râ qua c¸c t¸c dông t−¬ng hç cña chóng ®èi víi c¸c ph©n tö n−íc. Nh− ®· biÕt, n−íc gåm nh÷ng ph©n tö l−ìng cùc, mét bªn lµ ion hy®r« (H+) mang ®iÖn d−¬ng vµ mét bªn lµ ion (OH-) mang ®iÖn ©m. V× thÕ khi n»m trong ®iÖn tr−êng do c¸c h¹t kho¸ng vËt sÐt t¹o ra, th× c¸c ph©n tö n−íc l−ìng cùc ®Òu bÞ hót vÒ phÝa h¹t sÐt vµ ®−îc s¾p xÕp cã ®Þnh h−íng trong ®iÖn tr−êng, h×nh thµnh mµng n−íc kÕt hîp mÆt ngoµi h¹t ®Êt nh− trªn ®· tr×nh bµy. Lùc hót ®iÖn ph©n tö cña c¸c h¹t kho¸ng chØ cã t¸c dông m¹nh trong mét ph¹m vi nhÊt ®Þnh gÇn mÆt h¹t ®Êt. TrÞ sè cña c¸c lùc nµy x¸c ®Þnh theo cÊu t¹o ph©n tö cña h¹t, ë gÇn bÒ mÆt cña h¹t kho¸ng vËt th× nã rÊt lín, nh−ng xa dÇn mÆt h¹t ®Êt nã gi¶m rÊt nhanh cho ®Õn b»ng kh«ng. Ph¹m vi t¸c dông cña c¸c lùc ®iÖn ph©n tö còng phô thuéc vµo thµnh phÇn n−íc trong ®Êt vµ theo tµi liÖu cña G«tbe c¸c lùc ®iÖn ph©n tö cã t¸c dông trong kho¶ng tõ vµi líp ®Õn vµi chôc líp ph©n tö n−íc, chiÒu dµy chung cña líp nµy theo §ªriaghin lµ nhá h¬n 0,1µ. Trang 21 C¸c ph©n tö n−íc ®−îc hÊp thô vµo bÒ mÆt c¸c h¹t kho¸ng vËt, ®Õn l−ît nã l¹i hót c¸c líp kh¸c t¹o thµnh líp vá hy®rat bao quanh c¸c h¹t kho¸ng vËt vµ cã ¶nh h−ëng lín ®Õn c¸c tÝnh chÊt c¬ - lý cña ®Êt. Trªn h×nh (I-4) cã tr×nh a) b) bµy s¬ ®å t¸c dông t−¬ng hç cña c¸c lùc ®iÖn ph©n tö trªn biªn ph©n c¸ch h¹t r¾n víi n−íc, còng nh− s¬ ®å cña sù liªn kÕt (®Þnh h−íng) cña c¸c ph©n tö n−íc trong ®iÖn tr−êng cña h¹t ®Êt. Haût âáút Nh÷ng líp ph©n tö tiÕp xóc trùc tiÕp víi bÒ mÆt c¸c h¹t kho¸ng vËt chÞu nh÷ng lùc kÐo m¹nh nhÊt, cho nªn nång Næåïc huït baïm ®é c¸c ph©n tö n−íc vµ ion lµ Næåïc liãn kãút maûnh lín nhÊt vµ chóng rÊt khã di Næåïc liãn kãút yãúu ®éng. Ra xa dÇn, c¸c lùc ®iÖn c) ph©n tõ gi¶m nhanh nªn nång ®é vµ ion gi¶m xuèng vµ chóng cµng cã tÝnh di ®éng Khoaíng caïch lín. Cho ®Õn mét kho¶ng c¸ch H×nh I-4: a)S¬ ®å bè trÝ c¸c ph©n tö n−íc trong ®iÖn tr−êng cña nµo ®ã th× c¸c ph©n tö n−íc h¹t ®Êt còng sÏ kh«ng ®Þnh h−íng vµ b) S¬ ®å bè trÝ c¸c ph©n tö n−íc xung quanh h¹t ®Êt ë tr¹ng th¸i tù do ®èi víi c¸c c) Quan hÖ gi÷a lùc hót ®iÖn ph©n tö vµ kho¶ng c¸ch lùc bÒ mÆt. Trªn h×nh (I -4) cã kÓ tõ mÆt kho¸ng vËt tr×nh bµy s¬ l−îc biÓu ®å biÕn ®æi cña c¸c lùc ®iÖn ph©n tö tïy theo kho¶ng c¸ch ®Õn bÒ mÆt h¹t ®Êt. tõ s¬ ®å nµy cã thÓ nhËn xÐt r»ng, trÞ sè cña lùc ®iÖn ph©n tö gi¶m nhanh theo ®é t¨ng cña kho¶ng c¸ch, chõng m−êi micron c¸c lùc nµy cã trÞ sè kh«ng ®¸ng kÓ, kh«ng v−ît qu¸ träng lùc cña c¸c h¹t ph©n bè. Tõ ®ã cã thÓ thÊy r»ng tr¹ng th¸i cña n−íc trong ®Êt cã quan hÖ chÆt chÏ víi lùc hót ®iÖn ph©n tö cña h¹t ®Êt vµ ®ã còng chÝnh lµ c¬ së ®Ó ph©n lo¹i n−íc trong ®Êt ®· ®−îc tr×nh bµy ë phÇn trªn. §é dµy cña n−íc kÕt hîp mÆt ngoµi (n−íc mµng máng) cã ¶nh h−ëng rÊt lín ®Õn tÝnh chÊt cña ®Êt sÐt. V× vËy, n¾m ®−îc c¸c nh©n tè ¶nh h−ëng ®Õn ®é dµy cña líp n−íc nµy tøc lµ n¾m ®−îc quy luËt biÕn ®æi tÝnh chÊt c¬ - lý cña ®Êt, ®©y lµ mét vÊn ®Ò quan träng cã ý nghÜa thùc tÕ lín. Chóng ta ®· biÕt r»ng, bÊt cø mét h¹t sÐt nµo khi t¸c dông víi n−íc ®Òu sinh ra tÇng ®iÖn kÐp (hay gäi lµ líp l−ìng ®iÖn), tuy c¸ch thµnh t¹o tÇng ®iÖn kÐp cã kh¸c nhau tïy tõng lo¹i kho¸ng vËt vµ m«i tr−êng n−íc xung quanh. §iÖn thÕ nhiÖt ®éng vµ ®iÖn thÕ ®iÖn ®éng còng thay ®æi tïy theo thµnh phÇn kho¸ng vËt, thµnh phÇn vµ nång ®é ion còng nh− ®é pH cña m«i tr−êng. V× vËy ®ã còng lµ nh÷ng nguyªn nh©n chñ yÕu ¶nh h−ëng ®Õn ®é dµy cña líp n−íc mµng máng. Ch¼ng h¹n khi c¸c cation n»m trong ph¹m vi líp n−íc mµng máng, cïng víi bÒ mÆt h¹t ®Êt mang ®iÖn tÝch ©m t¹o thµnh tÇng ®iÖn kÐp. §iÖn thÕ lín nhÊt (NhiÖt ®éng lùc ξ) lµ ë c¸c Cation cè ®Þnh cña h¹t kho¸ng, sù h¹ thÊp (gi¶m dÇn) ®iÖn thÕ theo chiÒu nµy líp n−íc mµng máng ®Õn møc ®iÖn thÕ ë dung dÞch ξ Læûc âiãûn phán tæí CH¦¥NG I CH¦¥NG I Trang 22 n−íc tù do th× t−¬ng øng víi thÕ ®iÖn ®éng (gäi lµ thÕ n¨ng ®iÖn ®éng ξ). Cã thÓ thÊy r»ng thÕ n¨ng ®iÖn ®éng ξ cµng lín th× bÒ dµy líp n−íc mµng máng còng cµng lín. mÆt kh¸c, v× chÞu søc hót cña lùc ®iÖn ph©n tö, nªn líp n−íc mµng máng cã tÝnh nhít lín h¬n n−íc th«ng th−êng. Khi kho¶ng c¸ch ac cña hai h¹t ®Êt (h×nh I -5) nhá h¬n tæng sè b¸n kÝnh ¶nh h−ëng cña lùc hót ®iÖn ph©n tö ad & cd th× n−íc trong ph¹m vi edfb ®ång thêi ph¶i chÞu ¶nh h−ëng lùc hót ®iÖn ph©n tö cña c¶ hai h¹t, do ®ã tÝnh nhít cña nã t−¬ng ®èi lín. Kho¶ng c¸ch gi÷a hai h¹t cµng nhá th× râ rµng tÝnh nhít cña n−íc mµng máng gi÷a hai h¹t cµng lín haût vµ c¸c h¹t cµng khã bÞ xª dÞch. Ng−îc l¹i, bÒ dµy a d b c haût âáút âáút n−íc mµng máng cµng lín, th× kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c h¹t cµng lín, th× tÝnh nhít cña n−íc mµng máng gi÷a hai h¹t cµng nhá, vµ c¸c h¹t cµng dÔ dµng bÞ xª dÞch lÉn nhau. Lý luËn n−íc mµng máng nµy hiÖn nay H×nh I-5 ®−îc dïng kh¸ réng r·i ®Ó gi¶i thÝch mét sè tÝnh chÊt ®Æc biÖt cña ®Êt dÝnh nh− ®é ®Æc, tÝnh dÝnh, tÝnh co, tÝnh ®Çm chÆt .v.v... BÒ dµy n−íc mµng máng cßn phô thuéc vµo nång ®é ion trong dung dÞch (m«i tr−êng xung quanh) vµ vµo tÝnh −a n−íc cña h¹t kho¸ng. Nång ®é ion trong dung dÞch lín th× ®iÖn thÕ ®iÖn ®éng gi¶m xuèng, do ®ã bÒ dµy cña n−íc mµng máng còng gi¶m vµ ng−îc l¹i. §èi víi tÝnh −a n−íc cña h¹t kho¸ng, th× nh− thùc tÕ ®· cho thÊy ¶nh h−ëng cña yÕu tè nµy thÓ hiÖn râ rÖt ë c¸c ®Êt sÐt thuéc lo¹i M«nmrilonit cã kh¶ n¨ng hót n−íc lín cßn ë c¸c ®Êt sÐt thuéc lo¹i Kaolinit Ýt hót n−íc th× nã thÓ hiÖn kh«ng râ rÖt. Do n−íc mµng máng chÞu ¶nh h−ëng cña lùc hót ®iÖn ph©n tö, nªn kh«ng thÓ dïng ph−¬ng ph¸p tho¸t n−íc th«ng th−êng (träng lùc) ®Ó rót n−íc ®ã ra ®−îc. Nh−ng nÕu cã t¸c dông cña ®iÖn tr−êng, ch¼ng h¹n nh− khi c¾m c¸c cùc ®iÖn d−¬ng vµ ©m vµo trong ®Êt sÐt vµ cho dßng ®iÖn ch¹y qua, th× lóc ®ã sÏ xuÊt hiÖn hiÖn t−îng "vÉn ®iÖn" vµ "thÊm ®iÖn" lµm cho c¸c h¹t ®Êt cïng víi líp n−íc hót b¸m xung quanh mang ®iÖn tÝch ©m chuyÓn dÞch vÒ phÝa cùc d−¬ng cña ®iÖn tr−êng "vÉn ®iÖn” cßn n−íc mµng gåm nh÷ng cation th× chuyÓn vÒ cùc ©m "thÊm ®iÖn". NÕu t¹i cùc ©m bè trÝ thiÕt bÞ hót n−íc th× cã thÓ rót n−íc ®ã ®i ®−îc. Nguyªn lý "thÊm ®iÖn", tho¸t n−íc nµy trong thùc tÕ th−êng ®−îc dïng ®Ó rót n−íc lç rçng, vµ do ®ã lµm t¨ng c−êng ®é chÞu lùc cña c¸c tÇng ®Êt khã thÊm nh− c¸c tÇng ®Êt sÐt yÕu. 2.4.2. Sù trao ®æi ion trong ®Êt: §Ó thÊy râ ®−îc t¸c dông cña sù trao ®æi ion trong ®Êt, cÇn ph¶i xÐt ®Õn kh¶ n¨ng hÊp thô cña ®Êt ®èi víi c¸c chÊt cøng, láng vµ khÝ kh¸c nhau, c¸c ion, ph©n tö vµ c¸c h¹t keo tõ m«i tr−êng xung quanh. Sù hÊp thô trong ®Êt, ®Æc biÖt lµ trong ®Êt sÐt, cã b¶n chÊt phøc t¹p vµ th−êng gåm mét sè qu¸ tr×nh diÔn biÕn ®ång thêi. K.K.Ge®roytx (1933) ®Ò nghÞ ph©n biÖt n¨m d¹ng hÊp thô: c¬ häc, vËt lý, hãa - lý, hãa häc vµ sinh häc. Nh−ng d¹ng hÊp thô quan träng h¬n c¶ lµ hÊp thô hãa - lý hoÆc cßn gäi lµ kh¶ n¨ng trao ®æi ion. ChÝnh kh¶ n¨ng nµy ®· lµm ¶nh h−ëng nhiÒu ®Õn tÝnh chÊt cña ®Êt. N−íc chøa trong c¸c lç rçng cña ®Êt Ýt nhiÒu ®Òu cã hßa tan c¸c lo¹i muèi kh¸c nhau, nªn khi tiÕp xóc víi c¸c h¹t kho¸ng vËt sÏ x¶y ra hiÖn t−îng: C¸c cation CH¦¥NG I Trang 23 bÞ hÊp thô ra khái dung dÞch tham gia hãa hîp víi thµnh phÇn kho¸ng cña ®Êt, thay vµo chç chóng cã mét sè l−îng t−¬ng ®−¬ng c¸c cation kh¸c tõ líp khuyÕch t¸n cña thµnh phÇn kho¸ng vËt chuyÓn sang dung dÞch. Gi÷a c¸c cation cña líp khuyÕch t¸n thuéc thµnh phÇn kho¸ng vËt cña ®Êt vµ c¸c cation cña dung dÞch bao giê còng cã sù HÊp thô trao ®æi chÊt. Khi trao ®æi ion, th× trªn bÒ mÆt h¹t kho¸ng vËt cña ®Êt cã nhiÒu biÕn ®æi m¹nh mÏ vµ dÉn ®Õn ¶nh h−ëng c¸c tÝnh chÊt cña ®Êt nh− lµ tÝnh thÊm, tÝnh dÎo, lùc mao dÉn, v.v... Trong ®iÒu kiÖn tù nhiªn, ë tr¹ng th¸i trao ®æi ion trong ®Êt sÐt gÆp chñ yÕu lµ c¸c Cation: H+, K+, Na+, Ca++, Mg++, Ýt h¬n lµ Fe3+, Al3+ Ýt h¬n n÷a lµ mét sè anion cña c¸c axÝt f«tphoric, Silicic, cacbonic vµ c¸c axit kh¸c. Trong ®ã riªng hai cation Ca++ vµ Na+ th−êng cã chøa trong c¸c ®Êt dÝnh nhiÒu h¬n c¶. C¸c nh©n tè ¶nh h−ëng ®Õn kh¶ n¨ng trao ®æi ion cña ®Êt bao gåm thµnh phÇn kho¸ng, møc ®é ph©n t¸n, ®Æc ®iÓm kiÕn tróc cña h¹t ®Êt, nång ®é cña chÊt ®iÖn gi¶i trong dung dÞch, trÞ sè pH cña dung dÞch vµ tÝnh chÊt cña ion trao ®æi. Kh¶ n¨ng trao ®æi cña c¸c kho¸ng vËt thø sinh m¹nh h¬n ë c¸c kho¸ng vËt nguyªn sinh, ®ång thêi trong c¸c kho¸ng vËt thø sinh, riªng lo¹i c¸c m¹ng tinh thÓ kÐm v÷ng ch¾c nh− M«nm«rilonit l¹i cã kh¶ n¨ng trao ®æi m¹nh so víi lo¹i cã m¹ng tinh thÓ bÊt ®éng nh− Kaolinit. Trong cïng mét lo¹i kho¸ng vËt th× møc ®é ph©n t¸n cµng lín th× kh¶ n¨ng trao ®æi cµng m¹nh, v× lóc ®ã n¨ng l−îng mÆt ngoµi lín. NÕu ®Êt ®· bÞ ph¸ ho¹i kÕt cÊu thiªn nhiªn th× kh¶ n¨ng trao ®æi cµng m¹nh, lóc nµy c¸c liªn kÕt gi÷a c¸c h¹t bÞ ph¸ háng. VÒ phÝa dung dÞch trong ®Êt mµ xÐt, th× khi trÞ sè pH gi¶m nhá, nång ®é cation H+ sÏ t¨ng lªn lµm cho c¸c cation kh¸c khã x©m nhËp vµo trong mµng n−íc, do ®ã kh¶ n¨ng trao ®æi cña ®Êt ®èi víi c¸c cation nµy sÏ bÞ gi¶m ®i. Thùc nghiÖm cßn cho biÕt r»ng, nång ®é chÊt ®iÖn gi¶i trong dung dÞch t¨ng lªn th× kh¶ n¨ng trao ®æi ion còng t¨ng. Ngoµi ra, trõ cation H+, cßn ®èi víi c¸c cation kh¸c, khi hãa trÞ cµng lín th× kh¶ n¨ng trao ®æi ion còng sÏ m¹nh lªn, ®ång thêi trong c¸c cation cïng hãa trÞ th× kh¶ n¨ng trao ®æi t¨ng lªn cïng víi sù t¨ng cña b¸n kÝnh ion. V× vËy cã thÓ s¾p xÕp c¸c cation theo tr×nh tù tõ trao ®æi m¹nh ®Õn trao ®æi yÕu nh− sau: Al+++> H+>Ca++>Mg++>K+>Na+. Sù trao ®æi ion trong ®Êt cã ¶nh h−ëng rÊt lín ®Õn c¸c tÝnh chÊt c¬ - lý cña lo¹i ®Êt sÐt. BiÕt ®−îc søc chøa hÊp thô cña ®Êt vµ thµnh phÇn ion bÞ hÊp thô, cã thÓ ph¸n ®o¸n gÇn ®óng vÒ tÝnh chÊt cña ®Êt vµ nh÷ng biÕn ®æi cã thÓ cña chóng khi thay ®æi ®iÒu kiÖn hãa - lý. Tuy vËy hiÖn nay chØ míi ®Æc tr−ng ®−îc ¶nh h−ëng nµy mét c¸ch ®Þnh tÝnh, vÉn cßn ch−a thiÕt lËp ®−îc quan hÖ ®Þnh l−îng gi÷a tÝnh chÊt cña ®Êt víi thµnh phÇn cation bÞ hÊp thô. Ch¼ng h¹n, sÐt M«nm«ril«ni chøa Natri d−íi d¹ng cation trao ®æi (bÞ hÊp thô) cã thÓ hÊp thô n−íc hai ba lÇn lín h¬n so víi sÐt nh− vËy chøa Canxi. SÐt M«nm«ril«nit Natri cã tÝnh tr−¬ng në, tÝnh nÐn lón, ®é dÎo lín h¬n nhiÒu, ®é bÒn bÐ h¬n nhiÒu, ®é thÊm n−íc bÐ h¬n so víi sÐt M«nm«ril«nit Canxi. Ngoµi ra dùa vµo sù trao ®æi ion trong ®Êt, ng−êi ta cã thÓ c¶i t¹o ®−îc mét sè tÝnh chÊt cña ®Êt nÒn nh»m phôc vô cho viÖc x©y dùng c¸c c«ng tr×nh ®−îc an toµn vµ rÎ tiÒn. VÝ dô, nÕu ®Êt sÐt hÊp thô nhiÒu ion Na+ vµ Ca++, th× tÝnh hót n−íc, tÝnh dÎo, vµ tÝnh nÐn lón cña nã kh¸ lín. §Ó gi¶m c¸c tÝnh chÊt Êy ng−êi ta cho mét dßng ®iÖn mét chiÒu ch¹y qua ®Êt mµ cùc d−¬ng cña nã cÊu t¹o b»ng Al. Bëi v× cation Al+++ sÏ ®Èy c¸c cation Ca++ vµ Na++ ra ngoµi vµ hÊp thô vµo ®Êt, lµm cho ®Êt cã tÝnh hót n−íc vµ tÝnh nÐn lón gi¶m ®i rÊt nhiÒu. CH¦¥NG I Trang 24 §3. C¬ cÊu vµ kÕt cÊu cña ®Êt: Thµnh phÇn r¾n (cøng) cña ®Êt lµ mét tËp hîp gåm c¸c h¹t to nhá kh¸c nhau, c¸c tÝnh chÊt cña ®Êt kh«ng nh÷ng phô thuéc vµo thµnh phÇn cña ®Êt mµ cßn phô thuéc vµo h×nh thøc tån t¹i cña ®Êt nh− c¸ch s¾p xÕp c¸c h¹t, mèi liªn kÕt gi÷a c¸c h¹t, v.v.... Còng nh− gi÷a c¸c tËp hîp t¹o thµnh ®Êt, tøc lµ phô thuéc vµo c¬ cÊu vµ kÕt cÊu cña ®Êt. 3.1. KÕt cÊu cña ®Êt: KÕt cÊu cña ®Êt lµ sù s¾p xÕp cã tÝnh quy luËt cña c¸c h¹t hoÆc c¸c ®¸m h¹t ®Êt cã ®é lín vµ h×nh d¹ng kh¸c nhau trong qu¸ tr×nh trÇm tÝch. KÕt cÊu cña c¸c ®Êt thiªn nhiªn lµ yÕu tè quan träng nhÊt, x¸c ®Þnh c¸c tÝnh chÊt c¬ - lý cña ®Êt nh− lµ nÒn vµ m«i tr−êng ®Ó x©y dùng c«ng tr×nh, v× nã x¸c ®Þnh ®é bÒn vµ tÝnh biÕn d¹ng cña ®Êt d−íi t¸c dông cña c¸c lùc ngoµi. C¸c lùc ®iÖn ph©n tö t¸c dông gi÷a c¸c gi÷a c¸c h¹t kho¸ng vËt, c¸c lùc t¸c dông gi÷a h¹t vµ n−íc còng nh− tû sè cña chóng víi träng l−îng h¹t cã ý nghÜa quan träng khi t¹o thµnh kÕt cÊu cña ®Êt thiªn nhiªn. C¸c tÝnh chÊt cña m«i tr−êng l¾ng ®äng cã ¶nh h−ëng c¬ b¶n ®Õn kÕt cÊu t¹o thµnh cña c¸c kho¸ng chÊt ch×m l¾ng vµ râ rµng lóc nµy, kÝch th−íc còng nh− h×nh d¹ng vµ thµnh phÇn kho¸ng vËt cña c¸c h¹t ®Êt ch×m l¾ng ®Òu cã ý nghÜa quan träng. Dùa trªn c¬ së thµnh t¹o vµ sù ¶nh h−ëng cña nã ®Õn tÝnh chÊt cña ®Êt thiªn nhiªn, ng−êi ta th−êng ph©n tÝch kÕt cÊu cña ®Êt ra lµm ba lo¹i c¬ b¶n, bao gåm kÕt cÊu h¹t ®¬n, kÕt cÊu tæ ong vµ kÕt cÊu b«ng. 3.1.1. KÕt cÊu h¹t ®¬n: H×nh thµnh do sù ch×m l¾ng tù do cña c¸c h¹t t−¬ng ®èi th« (lín h¬n 0,05mm) trong m«i tr−êng n−íc. Trong tr−êng hîp nµy, träng l−îng cña h¹t lín h¬n lùc hót gi÷a chóng nªn chóng ®−îc s¾p xÕp theo c¸ch h¹t nä dùa vµo h¹t kia (h×nh I -6). Víi lo¹i kÕt cÊu h¹t ®¬n nµy th−êng thÊy trong c¸c lo¹i ®Êt c¸t t−¬ng ®èi th«, ®Êt c¸t, sái cuéi. §èi víi c¸c ®Êt c¸t, th× trong lo¹i kÕt cÊu ®¬n nµy cã thÓ ph©n biÖt thµnh hai lo¹i h¹t kh¸c nhau lµ kÕt cÊu rêi xèp vµ kÕt cÊu chÆt. ë c¸c ®Êt c¸t cã kÕt cÊu rêi xèp th× c¸c h¹t ë tr¹ng th¸i kh«ng æn ®Þnh, ®ång thêi gi÷a c¸c h¹t cã khi cã c¸c lç rçng t−¬ng ®èi lín, v−ît qu¸ kÝch th−íc cña chóng. ë c¸c ®Êt c¸t cã kÕt cÊu chÆt th× t×nh h×nh x¶y ra ng−îc l¹i. Nh− trªn ta ®· biÕt kÕt cÊu cña ®Êt cã quan hÖ mËt thiÕt víi ®iÒu kiÖn trÇm tÝch vµ ®é lín cña cì h¹t, do ®ã mµ trong thiªn nhiªn Ýt gÆp lo¹i kÕt cÊu chÆt ë c¸c h¹t nhá, mµ gÆp nhiÒu ë c¸c lo¹i h¹t to. 3.1.2. KÕt cÊu tæ ong: H×nh thµnh do sù l¾ng ch×m tù do cña c¸c h¹t t−¬ng ®èi nhá trong n−íc do träng l−îng c¸c h¹t kh«ng th¾ng næi lùc hót ph©n tö gi÷a chóng nªn chóng kh«ng thÓ tiÕp tôc ch×m xuèng mµ l¾ng ®äng l¹i ë ngay chç ®Çu tiªn chóng ch¹m ®Õn líp trÇm tÝch, do ®ã t¹o thµnh kÕt cÊu tæ ong. Víi d¹ng kÕt cÊu nµy, c¸c h¹t ®Êt ë tr¹ng th¸i kh«ng æn ®Þnh. ( H×nh I-6b) 3.1.2. KÕt cÊu b«ng: NÕu c¸c h¹t kho¸ng vËt l¾ng ch×m trong n−íc cã kÝch th−íc cña h¹t keo th× chóng sÏ ph¸t sinh chuyÓn ®éng Brao vµ chóng sÏ ë tr¹ng th¸i huyÒn phï mét thêi gian l©u. NÕu thªm vµo hçn hîp mét chÊt ®iÖn gi¶i (Ca2Cl, hoÆc lµ chÊt kh¸c) th× lùc CH¦¥NG I Trang 25 ®Èy gi÷a c¸c h¹t gi¶m ®i vµ c¸c h¹t cã kh¶ n¨ng xÝch gÇn l¹i, råi liªn kÕt víi nhau thµnh c¸c ®¸m h¹t ®Ó h×nh thµnh kÕt cÊu b«ng nh− h×nh (I - 6c). Lo¹i kÕt cÊu nµy rÊt kh«ng æn ®Þnh vµ th−êng gÆp trong trÇm tÝch biÓn. §Êt trong thiªn nhiªn do c¸c h¹t lín nhá kh¸c nhau t¹o thµnh, v× vËy kÕt cÊu cña ®Êt kh«ng ®¬n gi¶n nh− c¸c kÕt cÊu c¬ b¶n nãi trªn. Th«ng th−êng trong cïng mét lo¹i ®Êt cã thÓ gÆp c¶ hai hoÆc ba lo¹i kÕt cÊu ®ã. Trong qu¸ tr×nh t¹o thµnh vµ tån t¹i kÕt cÊu, trong ®Êt vµ nhÊt lµ trong c¸c ®Êt sÐt h×nh thµnh ra c¸c liªn kÕt néi t¹i, g¾n liÒn c¸c h¹t hoÆc c¸c ®¸m h¹t kh¸c nhau gäi lµ liªn kÕt kÕt cÊu Sù cã mÆt cña c¸c liªn kÕt kÕt cÊu trong ®Êt, ®é cøng cña chóng, søc bÒn vµ tÝnh ®µn håi cña chóng lµ nh÷ng yÕu tè quan träng x¸c ®Þnh phÈm chÊt cña ®Êt vµ nÒn ®Êt d−íi c¸c c«ng tr×nh. C¸c liªn kÕt kÕt cÊu hoÆc lµ xuÊt hiÖn khi c¸c h¹t ch×m l¾ng trong n−íc hoÆc lµ h×nh thµnh trong qu¸ tr×nh tån t¹i. Dùa theo thêi gian xuÊt hiÖn mµ c¸c liªn kÕt kÕt cÊu ph©n biÖt ra lµ liªn kÕt nguyªn sinh (s¬ cÊp) vµ liªn kÕt thø sinh (thø cÊp). Liªn kÕt nguyªn sinh t¹o ra bëi c¸c lùc ph©n tö t¸c dông t−¬ng hç gi÷a c¸c h¹t kho¸ng vËt còng nh− gi÷a c¸c h¹t kho¸ng vËt víi n−íc. §Æc ®iÓm cña liªn kÕt nµy th−êng lµ cã tÝnh ®µn håi vµ tÝnh dÎo nhít. Liªn kÕt thø sinh xuÊt hiÖn do kÕt qu¶ cña sù giµ ®i cña c¸c h¹t keo, sù kÕt dÝnh l¹i cña chóng vµ do nh÷ng qu¸ tr×nh kÕt dÝnh cña c¸c muèi hßa tan trong n−íc. §«i khi c¸c liªn kÕt thø sinh gäi lµ c¸c liªn kÕt gia c−êng (Theo N.Ia.§ªnhixèp). C¸c liªn kÕt cøng cña ®Êt ®Òu thuéc liªn kÕt nµy. §Æc ®iÓm cña chóng lµ cã tÝnh cøng chØ bÞ ph¸ ho¹i khi c¸c h¹t cã mét chuyÓn vÞ t−¬ng ®èi víi ®é lín nhÊt ®Þnh. Kh¸c víi c¸c liªn kÕt nguyªn sinh, c¸c liªn kÕt thø sinh bÞ ph¸ ho¹i theo d¹ng g·y dßn vµ mét khi ®· bÞ ph¸ ho¹i th× kh«ng thÓ phôc håi l¹i ®−îc. Chóng ta cÇn l−u ý r»ng, dï thuéc lo¹i liªn kÕt nguyªn sinh hay thø sinh, c¸c liªn kÕt trong ®Êt ®Òu cã c−êng ®é kÐm xa c−êng ®é cña b¶n th©n h¹t ®Êt. ChÝnh ®iÒu nµy cïng víi ®Æc ®iÓm cña ®Êt lµ mét m«i tr−êng rêi, lµm cho ®Êt kh¸c h¼n c¸c lo¹i vËt liÖu liªn tôc vÒ mÆt tÝnh chÊt c¬ - lý cña chóng. Nh− trªn ®· tr×nh bµy, kÕt cÊu cña ®Êt ¶nh h−ëng rÊt lín ®Õn tÝnh chÊt c¬ - lý cña ®Êt, cho nªn ®Ó ®¶m b¶o cã nh÷ng sè liÖu ph¶n ¶nh ®óng t×nh h×nh tù nhiªn cña ®Êt, c¸c thÝ nghiÖm ®Êt ph¶i ®−îc tiÕn hµnh víi c¸c mÉu ®Êt kh«ng bÞ ph¸ ho¹i kÕt cÊu tù nhiªn. Tuy nhiªn, v× h¹n chÕ vÒ mÆt kü thuËt lÊy mÉu còng nh− do tÝnh chÊt cña c«ng viÖc thÝ nghiÖm, nªn c¸c mÉu thÝ nghiÖm ë trong phßng hÇu nh− ®Òu bÞ ph¸ ho¹i kÕt cÊu Ýt hay nhiÒu, do ®ã kÕt qu¶ nghiªn cøu c¸c tÝnh chÊt cña ®Êt ë trong phßng thÝ nghiÖm cã h¹n chÕ vÒ møc ®é chÝnh x¸c. ChÝnh v× vËy, nªn hiÖn nay ng−êi ta ®ang ®Æt ra ph−¬ng h−íng cÇn ¸p dông nhiÒu c¸c ph−¬ng ph¸p thÝ nghiÖm trùc tiÕp ë ngoµi hiÖn tr−êng th× míi mang l¹i kÕt qu¶ chÝnh x¸c, ph¶n ¸nh ®óng thùc tÕ ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña ®Êt thiªn nhiªn. 3.2. C¬ cÊu cña ®Êt: C¬ cÊu cña ®Êt lµ tËp hîp tÊt c¶ nh÷ng ®Æc ®iÓm ®Æc tr−ng cho tÝnh kh«ng ®ång bé nhÊt trong sù ph©n bè c¸c yÕu tè kÕt cÊu vµ c¬ häc cña nã trong c¸c líp ®Êt. Trong qu¸ tr×nh h×nh thµnh cña nã, c¬ cÊu cña ®Êt chÞu t¸c ®éng cña nh÷ng ®iÒu kiÖn h×nh thµnh c¸c trÇm tÝch ®Êt, ch¼ng h¹n nh− tÝnh tuÇn hoµn khi ch×m l¾ng c¸c h¹t trong n−íc ch¶y vµ n−íc n»m yªn còng nh− chÞu t¸c ®éng cña nh÷ng biÕn ®æi sau ®ã vÒ ph−¬ng vµ trÞ sè cña ¸p lùc bªn ngoµi, lµm cho c¸c líp ®Êt bÞ uèn cong CH¦¥NG I Trang 26 hoÆc h×nh thµnh d¹ng phiÕn. Ng−êi ta th−êng chia C¬ cÊu cña ®Êt thµnh nh÷ng d¹ng c¬ b¶n sau ®©y: 3.2.1. C¬ cÊu líp: Lµ lo¹i c¬ cÊu phæ biÕn nhÊt vµ thÓ hiÖn râ rÖt trong c¸c trÇm tÝch lßng s«ng, ®Çm, hå vµ biÓn c¹n n−íc, bao gåm c¸c líp c¸t, sÐt xen kÏ nhau, tïy sù tån t¹i vµ c¸ch s¾p xÕp ng−êi ta cã thÓ ph©n biÖt thµnh c¬ cÊu líp ngang vµ c¬ cÊu líp nghiªng. C¬ cÊu líp cña c¸c ®Êt cã biÓu hiÖn râ rÖt vµ toµn bé tÝnh ®a d¹ng cña nã lµm cho c¸c ®Êt kh«ng ®¼ng h−íng, nghÜa lµ c¸c tÝnh chÊt c¬ - lý cña nh÷ng ®Êt Êy (ch¼ng h¹n nh− tÝnh thÊm, søc chèng c¾t, tÝnh ®µn håi, v.v...) sÏ rÊt kh¸c nhau theo c¸c h−íng kh¸c nhau. 3.2.2. C¬ cÊu Pocphia: ThÓ hiÖn ë c¸c lo¹i trÇm tÝch m¶nh lín, bao gåm c¸c h¹t th« (sái, s¹n ,c¸t) vµ c¸c h¹t sÐt ph©n t¸n ®Òu tham gia vµo søc bÒn toµn phÇn chèng c¸c t¸c dông cña c¸c lùc ngoµi, nh−ng c¸c tÝnh chÊt nh− lµ tÝnh nÐn lón, tÝnh thÊm, søc chèng c¾t, tÝnh ®µn håi cña ®Êt sÏ chñ yÕu phô thuéc vµo c¸c tÝnh chÊt cña vËt liÖu ph©n t¸n nhá cã nh÷ng m¶nh ®¸ th« n»m trong ®ã. 3.2.3. C¬ cÊu liÒn: Th−êng gÆp ë c¸c lo¹i ®Êt sÐt vµ ®Êt bïn cæ trong qu¸ tr×nh ®Þa chÊt ®· chÞu nh÷ng ¸p lùc lín, còng nh− mét sè ®Êt hoµng thæ vµ sÐt pha hoµng thæ ch−a nÐn chÆt nh−ng dÝnh kÕt b»ng c¸c muèi. V× c¬ cÊu cña ®Êt cã ¶nh h−ëng rÊt lín tíi tÝnh chÊt c¬ - lý cña nã nªn khi th¨m dß vµ thiÕt kÕ cÇn ph¶i chó ý ®Õn yÕu tè nµy mét c¸ch thÝch ®¸ng. H×nh (I -7) sÏ giíi thiÖu c¸c lo¹i c¬ cÊu b¶n cña ®Êt. a) Kãút cáúu âån a) Kãút cáúu täø ong a) Kãút cáúu bäng H×nh I-6:C¸c d¹ng kÕt cÊu cña ®Êt a) Daûng cå cáúu låïp b) Daûng cå cáúu pocphia c) Daûng cå cáúu liãön H×nh I-7: C¸c d¹ng c¬ cÊu cña ®Êt